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Quantencomputing bei Raumtemperatur

Quantum Brilliance verkauft diamantbasierten Quantenbeschleuniger

15. Januar 2025, 12:42 Uhr | Heinz Arnold

Mark Mattingley-Scott, Europachef und Chief Revenue Officer von Quantum Brilliance: »In unserer langjährigen Zusammenarbeit mit Fraunhofer IAF konnten wir die Entwicklung von Quantenbeschleunigern, die bei Raumtemperatur funktionieren, entscheidend voranbringen und die Möglichkeiten rund um skalierbare, energieeffiziente Quantencomputer kontinuierlich ausbauen.«

Quantum Brilliance kombiniert klassische Prozessoren mit Quantenprozessoren, die auf Basis von Sickstofffehlstellen in Diamantgittern bei Raumtemperatur arbeiten, in einem 19-Zoll-Serverrack. Erstmals hat das Unternehmen ein solches System in Europa verkauft.

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In einer öffentlichen Ausschreibung des Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF (Fraunhofer IAF) hat sich Quantum Brilliance durchgesetzt. Das Quantum Development Kit der zweiten Generation (QB-QDK 2.0) kombiniert klassische sowie Quantenprozessoren in einem 19-Zoll-Serverrack. Die Hardware kommt zusammen mit einem virtuellen Emulator für High Performance Computing (HPC) zum Einsatz. Mit dieser Investition stärkt das Fraunhofer IAF die organisationseigene Forschungsinfrastruktur als Teil eines umfassenden Quantencomputer-Ökosystems.

Stabile Qubits: Diamant mit Stickstoff-Fehlstellen

Die in den Beschleunigern eingesetzten Quantenprozessoren von Quantum Brilliance nutzen synthetische Diamantsubstrate, in deren atomaren Kohlenstoffgittern durch ein innovatives Verfahren einzelne Stickstoffatome platziert werden. So entstehen Stickstoff-Fehlstellen-Zentren (NV-Zentren), die als Qubit für quantenmechanische Berechnungen fungieren. Im Unterschied zu anderen Quantengroßrechnern lassen sich diese Quantenbeschleuniger in 19-Zoll-Serverracks verbauen und bei Raumtemperatur betreiben. Sie benötigen somit kein umfangreiches kosten- sowie energieintensives Kühlsystem, um die Qubits in einem stabilen Zustand zu halten.

Hybrides System aus QPUs, CPUs und NVIDIA-GPUs

Das QB-QDK 2.0 ist ein hybrider Rechenknoten, in dem klassische CPUs, NVIDIA-GPUs sowie der Quantenprozessor (QPU) von Quantum Brilliance arbeiten – in unmittelbarer Nähe zueinander innerhalb eines einzigen Racks. Mit dieser Architektur lassen sich verschiedene Varianten von Algorithmen für hybride Rechnersysteme erforschen, die beispielsweise quantenbasierte und klassische neuronale Netze miteinander kombinieren und so leistungsfähigere Methoden für Machine Learning ermöglichen.

Erweiterung der bestehenden Software-Suite

Quantum Brilliance und Fraunhofer IAF haben bereits mehrfach zusammengearbeitet, unter anderem im Rahmen von DE-BRILL. Dieses staatlich geförderte Projekt konzentriert sich auf die Weiterentwicklung von Quantencomputertechnologien mit diamantbasierten Qubits.

Das QB-QDK2.0 erweitert nun auch die bestehende Software-Suite von Quantum Brilliance am Fraunhofer IAF in Freiburg. Diese besteht aus dem Open Source-Development Kit Qristal SDK und dem Qristal Emulator und erlaubt Benutzern die Simulation von Quantencomputer-Backends mit realistischen Rauschmodellen, basierend auf der CUDA-Q-Plattform von NVIDIA.

Unterstützt wird Quantum Brilliance von der SVA System Vertrieb Alexander bei der Installation des neuen Systems. Der deutsche IT-Systemintegrator ist auf die Implementierung leistungsstarker IT-Produkte für verschiedene Branchen spezialisiert, unter anderem im HPC-Sektor. Hier bietet SVA maßgeschneiderte Systeme für rechenintensive Workloads und unterstützt Kunden aus Forschung und Entwicklung bis hin zu verschiedenen Branchen wie dem Gesundheitswesen, dem Finanzwesen, dem öffentlichen Dienst und der Fertigung.

»In unserer langjährigen Zusammenarbeit mit Fraunhofer IAF konnten wir die Entwicklung von Quantenbeschleunigern, die bei Raumtemperatur funktionieren, entscheidend voranbringen und die Möglichkeiten rund um skalierbare, energieeffiziente Quantencomputer kontinuierlich ausbauen«, sagt Mark Mattingley-Scott, Europachef und Chief Revenue Officer von Quantum Brilliance.

Neue Möglichkeiten für hybride Systeme

»Die Zusammenarbeit von Quantum Brilliance mit Fraunhofer IAF gibt einen ersten Ausblick auf zukünftige Szenarien, in denen Quantenhardware mit KI-Supercomputern kombiniert werden und neue Möglichkeiten für hybride Systeme eröffnen«, sagt Tim Costa, Senior Director of CAE, EDA & Quantum bei NVIDIA. »Die CUDA-Q-Plattform von NVIDIA unterstützt Forscher bei der Entwicklung und Skalierung dieser Hybridsysteme, die den Weg für zweckorientiertes Quantencomputing ebnen.«