Algorithmen für Quantencomputer unter klassischer Kontrolle

D-Wave baut die Kombi aus Quanten-Computing und Classic-HPC aus

| Autor: Ulrike Ostler

D-Wave fährt eine doppelte Hybridstrategie: Die Quantencomputer gibt es per Cloud und vor Ort, die Entwicklung und das Ausführen der Algorithmen sind auf klassischen Computern und auf den Annealing-Systemen des Herstellers möglich.
D-Wave fährt eine doppelte Hybridstrategie: Die Quantencomputer gibt es per Cloud und vor Ort, die Entwicklung und das Ausführen der Algorithmen sind auf klassischen Computern und auf den Annealing-Systemen des Herstellers möglich. (Bild: D-Wave)

D-Wave, Hersteller von Annealing-Computer, kündigt eine Quanten-Hybrid-Strategie an. „D-Wave Hybrid“ soll eine „einfache Open-Source-Hybrid-Workflow-Plattform für den Aufbau und Betrieb“ von Anwendungen sein, die auf den D-Wave-Systemen, etwa im „Leap Cloud Service“ laufen.

D-Wave Systems Inc., mit Hauptsitz in der Nähe von Vancouver, entwickelt Quantencomputersysteme sowie dazu passende Software und bietet entsprechende Dienstleistungen. Das Unternehmen adressiert damit praktischen Quantenanwendungen für so unterschiedliche Probleme wie Logistik, künstliche Intelligenz, Materialwissenschaften, Wirkstoffforschung, Cyber-Sicherheit, Fehlererkennung und Finanzmodellierung. Die Systeme von D-Wave werden etwa von Volkswagen, Denso, Lockheed Martin, USRA (gesponsert von der NASA und Google), USC, Los Alamos National Laboratory und Oak Ridge National Laboratory eingesetzt.

Leap ist der Quanten-Cloud-Service von D-Wave, der Echtzeit-Zugriff auf einen aktiven Quantencomputer und dem „Quantum Application Environment“ (QAE) ermöglicht. Zusätzlich bietet die Umgebung Open-Source-Entwicklungswerkzeuge, interaktive Demos und Programmierbeispiele, Bildungsressourcen und Artikel aus der Wissensdatenbank, um Anwendungen in der Cloud zu erstellen und auszuführen.

Leap wurde für Entwickler, Forscher und zukunftsorientierte Unternehmen entwickelt und ermöglicht die Zusammenarbeit über seine Online-Community, indem es der Community beim Schreiben und Ausführen von Quantenanwendungen hilft und die Entwicklung von Anwendungen aus der Praxis beschleunigt. Benutzer können die Leap-Ressourcen sowohl kostenlos nutzen, eine Minute pro Monat, wenn sie ihren Code als Open Source der Community zur Verfügung stellen, als auch kostenpflichtige Pläne finden, die für einzelne Entwickler, Wirtschaftsunternehmen, Behörden, Forschung und Bildung entwickelt wurden.

D-Wave Hybrid

D-Wave Hybrid ist nun Teil des „Ocean Software Development Kit“ innerhalb des D-Wave Leap Quanten-Cloud-Services und steht zum Download bereit. Das D-Wave-Hybrid-Framework bietet Entwicklern Workflow-Kontrollen, mit dem sie vereinfacht klassische und Quantensysteme parallel nutzen sowie Einblicke in die Systemleistung gewinnen, systemübergreifenden Code optimieren und Quantenhybridanwendungen einfacher entwickeln können.

D-Wave Hybrid beinhaltet:

  • Hybride Workflow-Steuerung: Diese ermöglicht eine schnelle Entwicklung von hybriden Anwendungen, die über klassische und die aktuelle „D-Wave 2000Q“-Familie sowie künftige Quantensysteme laufen können.
  • Modularer Ansatz: Das System enthält Logik, die die Verteilung von klassischen und Quantenaufgabenvereinfacht, so dass Entwickler die Systeme unterbrechen und synchronisieren und die maximale Rechenleistung aus jedem System beziehen können.
  • Problemdekonstruktion: Fähigkeit, große Aufgaben, die größer als die Quantenverarbeitungseinheit (QPU) sind, in Teile zu zerlegen, die dann für die Gesamtlösung neu kombiniert werden.
  • Vertraute Programmierumgebung: Das vertraute Python-basierte Framework und die Dokumentation enthalten Beispiele, die den Einstieg ohne Kenntnisse der Quantenmechanik erleichtern.
  • Flexibilität: Enthält eine Reihe von Beispielen für hybride Workflows, mit denen Entwickler untersuchen können, welche Workflows für das Problem, das sie lösen, am besten geeignet sind.
  • Leap Quantum System Access und Quantum Application Environment (QAE): kostenloser Echtzeit-Zugriff auf die D-Wave 2000Q-Familie von Systemen und QAE-Ressourcen, einschließlich Lernwerkzeuge, sowie Community- und technische Foren für eine einfache Entwicklerkooperation.

D-Wave Hybrid wurde entwickelt, um die Fähigkeit der Entwickler zu vereinfachen und zu beschleunigen, Algorithmen über klassische und Quantensysteme hinweg zu entwickeln und auszuführen. Diese Version von D-Wave Hybrid ist ein Element der im Februar angekündigten kommenden Plattform. Diese soll laut D-Wave eine neue Topologie, weniger Rauschen, eine höhere Anzahl von Qubits und den Ausbau hybrider Software und Tools umfassen und bis Mitte 2020 auf den Markt kommen.

„Die Quanten-Hybrid-Entwicklung bringt sehr schnell die Leistungsfähigkeit von klassischem Computing und Quanten-Computing zusammen. Tatsächlich erwarten wir, dass die meisten Anwendungen unserer Quantentechnologie als Hybride aus Quanten- und klassischer Berechnung ausgeführt werden, so wie CPUs und GPUs heute für viele Aufgaben zusammenarbeiten", sagte Alan Baratz, Executive Vice President und Chief Product Officer bei D-Wave. „Unser Ansatz ist einfach praxisnah.“

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Somit ist D-Wave Hybrid eingebettet in die generelle Quantenhybridstrategie des Unternehmens, wie er im Whitepaper „Three Truths and the Advent of Hybrid Quantum Computing“ beschrieben ist: Entwickler, Forscher und zukunftsorientierte Unternehmen sollen davon profitieren, klassische und Quantensysteme zur Lösungsfindung einsetzen zu können um damit komplexe Probleme zu lösen.

Quantencomputer-Hersteller D-Wave veröffentlichte in der vergangenen Woche seine Hybridstrategie.
Quantencomputer-Hersteller D-Wave veröffentlichte in der vergangenen Woche seine Hybridstrategie. (Bild: D-Wave)

Die Strategie von D-Wave besteht darin, eine hybride Plattform bereitzustellen, die es Entwicklern leicht macht, die am besten geeigneten Computerressourcen für jeden Teil ihrer Anwendung zu nutzen, und die Notwendigkeit zu beseitigen, sich um die tatsächliche Größe und Topologie der QPU zu kümmern. Die Hybridplattform bietet Entwicklern auch die Flexibilität, mit verschiedenen Strategien zur Hybridisierung ihrer Anwendungen zu experimentieren.

D-Wave bei Volkswagen

„In einem Unternehmen wie Volkswagen gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie Optimierungsprobleme auf natürliche Weise auftreten. Ob Terminplanung und Logistik, Produktionsoptimierung oder intelligente Mobilität, schwierige Optimierungsprobleme müssen routinemäßig und schnell gelöst werden. Hier erwarten wir, dass uns das Quanten-Annealing helfen kann“, sagt Sheir Yarkoni, Quantencomputerforscher im Data:Lab München von Volkswagen.

„Die meisten Quantencomputerprojekte, an denen wir in der Vergangenheit gearbeitet haben, haben sich auf einen klassischen hybriden quantenklassischen Ansatz gestützt. Die Freigabe von D-Wave Hybrid hat es uns ermöglicht, diese hybriden Ansätze viel schneller als bisher in einen Prototyp zu bringen, und gibt uns die algorithmische Kontrolle, die wir benötigen, um verschiedene Teile an unsere Bedürfnisse anzupassen.

Über „Leap“ können Nutzer auch auf die jüngste Generation der Quantencomputer zugreifen.
Über „Leap“ können Nutzer auch auf die jüngste Generation der Quantencomputer zugreifen. (Bild: D-Wave)

Wir können nun unsere Prototypen vom kleinen Proof-of-Concepts bis hin zu serienreifem Code skalieren, den wir bei unserem nächsten Verkehrsflussoptimierungsprojekt einsetzen wollen. In Zukunft erwarten wir, dass der D-Wave Hybrid ein integraler Bestandteil unseres Quantencomputer-Frameworks sein wird.“

Bis heute haben Kunden mehr als 150 frühe D-Wave-Anwendungen in so unterschiedlichen Bereichen wie Flugplanung, Wahlmodellierung, Quantenchemie-Simulation, Automobil-Design, präventive Gesundheitsvorsorge, Logistik und mehr entwickelt. Viele haben auch Software-Tools entwickelt, die die Anwendungsentwicklung vereinfachen.

Die bestehenden Anwendungen, Tools und Communities bieten anderen Entwicklern wiederum eine Fülle von Beispielen, von denen sie lernen und auf denen sie aufbauen können.

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