Poweredge-Server und Qiskit Runtime Dell Technologies und IBM loten Einsatz von Quantencomputing aus

Redakteur: Ulrike Ostler

Dell Technologies und IBM forschen gemeinsam an Lösungen, die Rechenkapazitäten für die exponentiell wachsenden Datenmengen schaffen sollen. Hybride Ansätze und Emulationsplattformen, die klassisches und Quantencomputing vereinen, haben dafür großes Potenzial.

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Ein Lot für die Erkundung des Quantencomputing: IBM und Dell Technologies testen eine neue hybride Emulationsplattform für das Rechnen mit Quanten.
Ein Lot für die Erkundung des Quantencomputing: IBM und Dell Technologies testen eine neue hybride Emulationsplattform für das Rechnen mit Quanten.
(Bild: © Gerhard Seybert, all rights reserved)

John Roese, Senior Vice President und Global Chief Technology Officer bei Dell Technologies, schreibt in seinem Blog-Beitrag zu Thema: „Um den Anforderungen der ständig wachsenden Datenmengen in der heutigen digitalen Wirtschaft gerecht zu werden, ist eine exponentielle Ausweitung unserer Rechenkapazitäten durch eine Sammlung verteilter, unterschiedlicher Rechenarchitekturen erforderlich, die als System zusammenarbeiten - einschließlich des sich ständig weiterentwickelnden Bereichs des Quantencomputing.

Die Quantenberechnung biete etwa ein Beschleunigungspotenzial für Simulationen, Optimierung und Algorithmen des maschinellen Lernens. IT-Teams auf der ganzen Welt erforschten, wie sich Quantencomputing in künftige Arbeitsabläufe integrieren lasse, und während sie ihre ersten Schritte unternähmen, herrsche jedoch häufig die falsche Vorstellung, dass der Quantencomputer alle klassischen Berechnungen ersetzen werde und daher nur über ein physisches Quantengerät, entweder lokal oder über einen Remote-Cloud-Zugang, zugänglich sei.

„Da das Arbeitsvolumen für Quantencomputer wächst, muss zugleich auch die klassische Infrastruktur, die aus herkömmlichen Servern und Desktops sowie Speicher, Netzwerken, GPUs und FPGAs besteht, entsprechend skaliert werden. IT-Verantwortliche benötigen eine Plattform, die es ihnen ermöglicht, sowohl Quanten- als auch klassische Berechnungen auf ihrer bestehenden Infrastruktur effizient zu modellieren - und genau das bietet die hybride Emulationsplattform“, so Roese.

Dell-Hardware und IBM-Software

Um hybride Ansätze zu forcieren, hat Dell Technologies eine neue Emulationsplattform für das Quantencomputing getestet. Sie nutzt hardwareseitig den Dell EMC-Server „Poweredge R740xd“ und softwareseitig die „Qiskit Runtime“, einen Open-Source-Containerdienst für Quantencomputer von IBM.

Roese äußert: „Tatsächlich ist es in diesem Entwicklungsstadium der Technologie möglich, wichtige Teile der Quantenumgebung auf klassischen Ressourcen nachzubilden, wodurch die Technologie für IT-Führungskräfte, die die Technologie erforschen wollen, sowie für diejenigen, die bereits erste Schritte unternommen haben und ihre bestehenden Algorithmen verfeinern wollen, leichter zugänglich wird.“ Dies könne in Form eines Simulators geschehen, der die Quantenaspekte eines Quantensystems nachbildet, oder in Form eines Emulators, der sowohl die Quanten- als auch die klassischen Aspekte eines Quantensystems nachbildet.

„Genau das bietet unsere hybride Emulationsplattform“, so Roese. Nutzer können mit der hybriden Emulationsplattform die Qiskit Runtime lokal auf den eigenen klassischen Ressourcen replizieren und mithilfe eines Emulators untersuchen, wie Quantenanwendungen ausgeführt werden. Dadurch entfällt die umständliche Nutzung eines physischen Quantencomputers vor Ort oder via Zugriff über die Cloud.

Beschleunigung in der Entwicklung

Die Qiskit-Laufzeitumgebung wiederum ist in der Lage, Berechnungen mit Quantenhardware, die früher mehrere Wochen gedauert hätten, an einem einzigen Tag auszuführen. Als Teil des Qiskit-Projekts ist die Technologie vollständig quelloffen und ermöglicht so die Integration von Drittanbietern und Innovationen, die die Branche voranbringen. Die hybride Emulationsplattform wird dazu beitragen, das Ökosystem für Entwickler zugänglicher zu machen und die Erforschung von Anwendungsfällen und die Entwicklung von Algorithmen zu beschleunigen.

Die Entwicklungszeit werde zusätzlich beschleunigt, da die Plattform nicht jede Quantenschaltung separat ausführe und so keine Warteschleife entstehe, teilt Dell Technologies mit. Der Einsatz des Open-Source-Frameworks Qiskit ermöglicht Nutzern eine hohe Flexibilität bei der Auswahl der gewünschten Funktionen: „Qiskit Aer“ beispielsweise ist ein Element, das hochperformante Quantencomputing-Simulatoren enthält.

Die hybride Plattform von Dell Technologies und IBM ist zudem in der Lage, klassische Daten- und Quantenverarbeitung auf Cloud-nativen Systemen wie „Kubernetes“ auszuführen. Dadurch lässt sie sich leicht in eigene vorhandene Infrastrukturen integrieren. Die klassischen Komponenten der Algorithmen sind in der gemeinsam entwickelten Lösung eng in die Quantenressourcen integriert, was die Leistung verbessert.

On-prem-Verarbeitung

Sicherheit soll nicht zu kurz kommen: Klassische Rechenprozesse wie die Datenverarbeitung, Optimierung und die Ausführung von Algorithmen finden on-premises statt. Das erhöhe den Datenschutz, da Entwickler keine Daten und Workloads an Dritte übertragen müssten, so Dell Technologies. Die lokale Infrastrukturlösung könne überdies für Kosteneffizienz gegenüber herkömmlichen Cloud-Service-Anbietern sorgen.

John Roese, Senior Vice President und Global Chief Technology Officer bei Dell Technologies, schreibt in seinem Blog-Beitrag zu Thema: „Wir kratzen gerade erst an der Oberfläche der Quanteninformatik. Die von uns getestete Lösung zeigt aber bereits neue, kostengünstige Möglichkeiten zur Erforschung des Quantencomputings.

Jay Gambetta, VP of Quantum bei IBM, fügt hinzu: „Diese hybride Emulationsplattform stellt einen wichtigen Schritt nach vorne für das Qiskit-Ökosystem und die Quantenindustrie insgesamt dar.“

Die Vorteile im Überblick

Die Plattform ermöglicht es Nutzern, mit Qiskit Runtime auf ihren eigenen klassischen Ressourcen zu arbeiten, was es sowohl neuen Nutzern als auch etablierten Quantenentwicklern erleichtert, ihre Algorithmen zu entwickeln und zu verfeinern. Zu den Vorteilen zählen die Partner:

  • Schnelles Setup - Die Plattform führt sowohl klassische als auch Quantenverarbeitung auf Cloud-nativen Plattformen wie Kubernetes aus. Kunden können sie problemlos auf einer lokalen Infrastruktur einsetzen. Zuvor mussten die Nutzer ihre Daten und Workloads zur Verarbeitung über die Cloud einreichen.
  • Kürzere Zeit bis zum Ergebnis - Jeder Quantenschaltkreis muss nicht mehr separat ausgeführt werden und in der Warteschlange warten. Die klassischen Komponenten der Algorithmen sind eng mit den Quantenressourcen integriert, was zu einer Leistungssteigerung und einer Verkürzung der Entwicklungszeit führt.
  • Höhere Sicherheit - Klassische Berechnungen, einschließlich Datenverarbeitung, Optimierung und Algorithmusausführung, können vor Ort ausgeführt werden, was eine wesentlich höhere Privatsphäre und Sicherheit bietet, so dass Daten und Arbeitslasten nicht an Dritte weitergegeben werden müssen.
  • Kosteneffizienz und Wahlmöglichkeiten - Die Nutzung der Fähigkeiten durch eine Infrastrukturlösung vor Ort könne im Vergleich zu herkömmlichen Cloud-Service-Anbietern zusätzliche Kosteneffizienz und Vorteile bieten, so die Kooperationspartner. Darüber hinaus biete dieses Modell Flexibilität bei der Auswahl von Quantensystemen, da es mit dem Qiskit Aer-Simulator oder anderen vergleichbaren Tools betrieben werden kann.

Hinweis: Die vollständigen Details der getesteten Lösung sind auf Github verfügbar.

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