IBM Research
08.03.2017, 15:53 Uhr
Der Plan für einen kommerziellen Quantencomputer steht
IBM hat den Entwicklungsplan für das kommerzielle Quantensystem „IBM Q“ vorgestellt. Programmierschnittstellen zwischen Quantencomputer und klassischen IT-Systemen sollen in den nächsten Monaten verfügbar werden.
Detail aus IBMs Forschungslabor zum Quantencomputer
IBM hat die industrieweit erste Initiative angekündigt, einen kommerziell verfügbaren, universell einsetzbaren Quantencomputer auf den Markt zu bringen. Das Quantensystem hat den Namen "IBM Q" und die dazugehörenden Dieste sollen über die IBM-Cloud verfügbar gemacht werden. Die neuen Quantensysteme sollen Lösungen für Aufgaben liefern und Simulationen ermöglichen, an denen klassische IT-Systeme bislang scheitern.
IBM plant die Entwicklung der IBM-Q-Systeme, um die Anwendungsmöglichkeiten von Quantentechnologien zu erweitern. Eine wichtige Grösse ist dabei die Leistungsfähigkeit eines Quantensystems, das so genannte „Quantum Volume“. Sie beschreibt die Anzahl der zum Einsatz kommenden Qubits, die Qualität der Quantenoperationen innerhalb eines Systems sowie die Konnektivität und Parallelisierung der Qubits. In einem ersten Schritt zur Verbesserung des Quantum Volumes plant IBM die Entwicklung von kommerziellen IBM-Q-Systemen mit etwa 50 Qubits, um die Überlegenheit dieses Ansatzes gegenüber klassischen Computern zu demonstrieren. Daneben will IBM gemeinsam mit Partnern Anwendungen entwickeln, die die Beschleunigung entsprechender Quantensysteme nutzen, so genannter Quantum Speedups.
IBM-Q-Systeme werden entwickelt, Probleme zu lösen, mit denen klassische IT Systeme überfordert sind, weil sie von zu hoher oder von exponentieller Komplexität sind. Eines der ersten und vielversprechendsten Anwendungsfelder sind Simulationen von quantenmechanischen Vorgängen auf molekularer Ebene in der Chemie.
IBM-Wissenschaftler haben bereits entsprechende Technologien für eine effiziente Simulation von Problemen der theoretischen Chemie entwickelt (siehe dazu https://arxiv.org/abs/1701.08213 und https://arxiv.org/abs/1612.02058). In Zukunft sind weitere Experimente mit komplexen Molekülen geplant, um bessere Vorhersagen über chemische Eigenschaften von Komponenten treffen zu können als es mit klassischen Computern heute möglich ist.
Weitere, mögliche Anwendungen für Quantensysteme sind:
Der Entwicklungsplan von IBM für den Einsatz kommerzieller Quantencomputer sieht vor, dass alle technischen Komponenten holistisch weiterentwickelt werden. Dazu gehören supraleitende Qubits, komplexe High Performance System Integration sowie Ansätze für die Produktion von Nanotechnologien in der Halbleiterfabrikation, um die Möglichkeiten der Quantenmechanik optimal nutzen zu können.
IBM ist der festen Überzeugung, dass die Zusammenarbeit und Einbindung von Hard- und Softwareexperten sowie wissenschaftlichen Institutionen entscheidend für die Weiterentwicklung des IBM-Q-Systems sein wird.
IBM Quantum Experience
Daneben hat IBM zwei weitere Neuigkeiten für das IBM Quantum Experience angekündigt – das ist ein seit 2016 über die IBM-Cloud angebotener Zugang zu einem aus fünf Qubits bestehenden Quantencomputer. Nutzer können über den Zugang verschiedene Algorithmen ausprobieren, mit einzelnen Qubits arbeiten oder sich mit Hilfe von Tutorials und Simulationen zum Thema Quantencomputing weiterbilden. Die Neuigkeiten:
IBM plant die Entwicklung der IBM-Q-Systeme, um die Anwendungsmöglichkeiten von Quantentechnologien zu erweitern. Eine wichtige Grösse ist dabei die Leistungsfähigkeit eines Quantensystems, das so genannte „Quantum Volume“. Sie beschreibt die Anzahl der zum Einsatz kommenden Qubits, die Qualität der Quantenoperationen innerhalb eines Systems sowie die Konnektivität und Parallelisierung der Qubits. In einem ersten Schritt zur Verbesserung des Quantum Volumes plant IBM die Entwicklung von kommerziellen IBM-Q-Systemen mit etwa 50 Qubits, um die Überlegenheit dieses Ansatzes gegenüber klassischen Computern zu demonstrieren. Daneben will IBM gemeinsam mit Partnern Anwendungen entwickeln, die die Beschleunigung entsprechender Quantensysteme nutzen, so genannter Quantum Speedups.
IBM-Q-Systeme werden entwickelt, Probleme zu lösen, mit denen klassische IT Systeme überfordert sind, weil sie von zu hoher oder von exponentieller Komplexität sind. Eines der ersten und vielversprechendsten Anwendungsfelder sind Simulationen von quantenmechanischen Vorgängen auf molekularer Ebene in der Chemie.
IBM-Wissenschaftler haben bereits entsprechende Technologien für eine effiziente Simulation von Problemen der theoretischen Chemie entwickelt (siehe dazu https://arxiv.org/abs/1701.08213 und https://arxiv.org/abs/1612.02058). In Zukunft sind weitere Experimente mit komplexen Molekülen geplant, um bessere Vorhersagen über chemische Eigenschaften von Komponenten treffen zu können als es mit klassischen Computern heute möglich ist.
Weitere, mögliche Anwendungen für Quantensysteme sind:
- Medikamenten- und Materialforschung, wo mit Hilfe von Quantentechnologien die Komplexität molekularer und chemischer Wechselwirkungen aufgelöst werden können und so die Entwicklung neuer Wirkstoffe und Materialien ermöglicht wird.
- Die Optimierung von globalen Lieferketten und Logistikabläufen
- Neue Ansätze bei der Analyse von Finanzinformationen und den ihr zugrundeliegenden vielfältigen Daten sowie entsprechender Risikobewertungen
- Der Ausbau bestimmter Elemente künstlicher Intelligenz wie beispielsweise Machine Learning.
- Die Sicherheit von Daten in Cloud-Umgebungen durch die gezielte Ausnutzung quantenmechanischer Effekte.
Der Entwicklungsplan von IBM für den Einsatz kommerzieller Quantencomputer sieht vor, dass alle technischen Komponenten holistisch weiterentwickelt werden. Dazu gehören supraleitende Qubits, komplexe High Performance System Integration sowie Ansätze für die Produktion von Nanotechnologien in der Halbleiterfabrikation, um die Möglichkeiten der Quantenmechanik optimal nutzen zu können.
IBM ist der festen Überzeugung, dass die Zusammenarbeit und Einbindung von Hard- und Softwareexperten sowie wissenschaftlichen Institutionen entscheidend für die Weiterentwicklung des IBM-Q-Systems sein wird.
IBM Quantum Experience
Daneben hat IBM zwei weitere Neuigkeiten für das IBM Quantum Experience angekündigt – das ist ein seit 2016 über die IBM-Cloud angebotener Zugang zu einem aus fünf Qubits bestehenden Quantencomputer. Nutzer können über den Zugang verschiedene Algorithmen ausprobieren, mit einzelnen Qubits arbeiten oder sich mit Hilfe von Tutorials und Simulationen zum Thema Quantencomputing weiterbilden. Die Neuigkeiten:
- Neue APIs sollen Entwicklern noch in der ersten Hälfte dieses Jahres ermöglichen, klassische IT-Systeme mit cloudbasierten Quantencomputern zu verknüpfen. Weitreichende Kenntnisse in Quantenphysik sind dafür nicht erforderlich. Die APIs sollen auf GitHub veröffentlicht werden und auch einfache Scripts beinhalten, welche die Funktionen der Schnittstellen demonstrieren.
- Ein erweiterter Simulator auf IBM Quantum Experience, der ein System von bis zu 20 Qubits simulieren kann.
- Daneben soll in den nächsten Monaten ein Software Development Kit (SDK) veröffentlicht werden, der es Nutzern erlaubt, einfache Quanten-Anwendungen zu bauen.
