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Atos und Leibniz-Rechenzentrum

Beschleunigtes Rechnen mit Quantensimulator

21. März 2021, 12:30 Uhr   |  Heinz Arnold

Beschleunigtes Rechnen mit Quantensimulator
© Christoph Rehbach

Das Leibniz-Rechenzentrum in Garching bei München.

Die Quantum Learning Machine von Atos hat im Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften seinen Betrieb aufgenommen.

Die Quantum Learning Machine (Atos QLM), der weltweit leistungsstärkste kommerziell verfügbare Quantensimulator, wurde im kürzlich eröffneten Quantum Integration Centre (QIC) des Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) installiert, das die Integration des Quantencomputings in das Supercomputing vorantreiben und praktische Quantenanwendungen für die wissenschaftliche Gemeinschaft bereitstellen soll.

Das LRZ ist mit seinem Quantum Integration Centre eines der ersten Rechenzentren weltweit, das sich auf die Integration von Quantencomputing in eine High-Performance-Computing-Umgebung (HPC) ausrichtet. Der hybride Quanten-HPC-Ansatz ist vielversprechend: Er nutzt die heutigen klassischen Computer effektiv, um die Leistung von künftigen Quantenanwendungen zu liefern.

Durch die Nutzung der Atos QLM und die Zusammenarbeit mit wichtigen Akteuren wie Atos, dem finnisch-deutschen Startup IQM und anderen Partnern, wird das LRZ in der Lage sein, Quantentechnologien für mehr Nutzer verfügbar zu machen. Hierzu greift es auf die Vorteile bestehender HPC-Infrastrukturen zurück. Dies ermöglicht es, die Vorteile des Quantencomputings innerhalb weniger Jahre zu erforschen und in die Anwendung zu bringen.  

»Am LRZ verstehen wir uns als Partner für die Digitalisierung in der Wissenschaft. Mit Diensten zu Quantencomputing erweitern wir unser Portfolio und helfen so, neue Lösungsansätze für wissenschaftliche Fragestellungen zu finden. Wir stehen allerdings erst am Anfang mit dieser Technologie. Am LRZ QIC sollen die Forschenden den Umgang damit lernen und sich schon jetzt auf die Quantencomputing-Zukunft vorbereiten können. Die Zusammenarbeit mit Atos und der Einsatz der Atos Quantum Learning Machine sind hierfür essenziell«, erklärt Prof. Dieter Kranzlmüller, Leiter des Leibniz-Rechenzentrums.

»Das LRZ und Atos teilen einen sehr pragmatischen Ansatz zum Quantencomputing, der sich auf quantenbeschleunigtes HPC konzentriert, um strategische Vorteile zu bieten, bevor wir vollständig in die Post-Quanten-Ära eintreten. Die Atos QLM ist eine direkte Umsetzung dieses Ansatzes«, sagt Elie Girard, CEO von Atos.

Die Quantum Learning Machine von Atos.
© Atos

Die Quantum Learning Machine von Atos.

Quantenprozessoren

Während bereits erste Quantenalgorithmen und -Applikationen entstehen, entwickelt das LRZ mit dem finnisch-deutschen Startup IQM und weiteren Partnern zudem Quantenprozessoren. „Digital-Analoges Quantencomputing“ (DAQC) heißt das vom Bundeministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt, das die Technik von analogen, kontrollierbaren Systemen mit der von digital-universellen Quantencomputern kombiniert, deren Rechenleistung sich mit jedem Qubit vermehrt.
So sollen robuste Quantenprozessoren mit zunächst 5, 20 und dann 54 Qubits entstehen, außerdem Methoden und Elektronik zu deren Kontrolle. Diese innovativen Steuereinheiten werden zunächst in Zusammenspiel mit den High-Performance-Systemen des LRZ arbeiten und ihre Zuverlässigkeit dort beweisen. Dafür beschafft das LRZ einen Kryostat, ein Kühlgerät für die tiefen Temperaturen, auf denen Quantencomputing basiert.

»Bei IQM liegt unser Hauptaugenmerk auf dem Aufbau von Co-Design-Quantencomputern und der Integration von Quantenbeschleunigern in Supercomputing Zentren. Als Systemintegrator sind wir bereits heute in der Lage, Quantencomputer zu bauen, die diese Ziele erreichen können. Wir freuen uns darauf, mit dem LRZ und unseren Ökosystempartnern das ambitionierte DAQC-Projekt zu starten und weitere internationale Quanteninitiativen zu unterstützen«, sagt Jan Goetz, CEO von IQM Quantum Computers.

Experimentieren, Lernen, Wissen austauschen

Auf Basis der Quantum Learning Machine (QLM) und später den Quantenprozessoren wird das QIC Wissenschaft und Forschung hilfreiche Services rund ums Quantencomputing anbieten und diese ausbauen. Dabei liegt ein Schwerpunkt auf der Qualifikation. Darauf ist das LRZ vorbereitet: Mit der bereits 2019 gestarteten Bavarian Quantum Computing eXchange (BQCX) ist nicht nur eine lebhafte Community für den internationalen Wissensaustausch zwischen Industrie, Informatik und Wissenschaft gewachsen, sondern ein Netzwerk starker Partnerschaften zur Technologieerkundung, für Co-Design und Ausbildung. Neben Ideen für erste Seminare und Workshops fanden sich in den BQCX-Treffen Pläne, Kontakte und Partner sowie Partnerinnen für Forschungsprojekte und formte sich die Quantenstrategie des LRZ mit dem QIC. So erforscht das LRZ, wie sich die Leistung von Supercomputern der nächsten Generation durch die Simulation von Quantenschaltungen steigern ließe. Auf seinem Höchstleistungsrechner SuperMUC-NG bietet das LRZ seit 2019 für Forschungszwecke einen Quantencomputing-Simulator mit 42 Qubit von Intel an. Kein Wunder also, wenn das Institut der BAdW gerade neue Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in den Bereichen Quantencomputing, Administration, Software sowie Informatik für die IT-Technologie der Zukunft sucht.

Das LRZ Quantum Integration Centre unterstützt das Munich Quantum Valley, ein zentrales Element der Bayerischen Quanteninitiative, um Quantencomputing auf einem nationalen und internationalen Level voranzutreiben. Der Freistaat Bayern verpflichtete sich, vorbehaltlich der Zustimmung des Landtags, zur Bereitstellung von insgesamt 300 Millionen Euro.

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