Suchen

AWS öffnet Amazon Braket Es ist soweit: Quantencomputing aus der AWS-Cloud

| Autor: Ulrike Ostler

Mit „Amazon Braket“ stellt die Amazon Web Services Inc. einen AWS-Dienst an, der Entwicklern und Forschern beim Einstieg in das Quantencomputing hilft. Die managed AWS-Dienstleistung umfasst Entwicklungswerkzeuge, Simulatoren und Zugang zu einem vielfältigen Angebot an Quantencomputern beziehungsweise -Simulatoren.

Firmen zum Thema

Der Quantecomputer von IonQ gehört zu den Systemen, die über „Amazon Braket“ zugänglich sind. Das System basiert auf dem Prinzip "Ionenfalle" und es ist damit das erste Mal, dass ein solcher Rechner kommerziell genutzt werden kann.
Der Quantecomputer von IonQ gehört zu den Systemen, die über „Amazon Braket“ zugänglich sind. Das System basiert auf dem Prinzip "Ionenfalle" und es ist damit das erste Mal, dass ein solcher Rechner kommerziell genutzt werden kann.
(Bild: IonQ)

Nach Angaben des Anbieters nutzen zahlreiche Firmen den Service Amazon Bracket bereits: Fidelity Investments, Volkswagen, Enel, University of Waterloo, Rahko und Qu & Co beispielweise. Und die Nachfrage scheint groß: Bill Vass, Vizepräsident für Technologie bei AWS, sagt: „Da wir sehen, dass Quantencomputertechnologien bedeutendere Fortschritte machen, fragen Tausende von Kunden nach Möglichkeiten, mit Quantencomputern zu experimentieren, um das Potenzial der Technologie zu erforschen und zu ihrer Entwicklung beizutragen.“

Zunächst sollen die Kunden den Dienst verwenden können, um Quantenalgorithmen auf simulierten Quantencomputern, die auf AWS-Rechenressourcen laufen, zu testen und Fehler zu beheben. Zudem ist es eine Hilfe für die Verifizierung ihrer Implementierung.

In einem zweiten Schritt können die Kunden Amazon Braket verwenden, um ihre Quantenalgorithmen auf Quantenprozessoren ihrer Wahl auszuführen. Dabei haben sie die Wahl zwischen Technologien von D-Wave, IonQ und Rigetti zum Beispiel.

Die Amazon Braket console
Die Amazon Braket console
(Bild: Business Wire)

Egal, ob sie Jobs auf simulierter oder Quanten-Hardware ausführen wollen, den Nutzern soll eine einheitliche Entwicklungserfahrung ermöglicht werden. Wie bei anderen Cloud-Leistungen üblich, zahlen die Kunden nur für die genutzten Rechenressourcen.

„Die Cloud wird die wichtigste Art und Weise sein, wie Kunden auf Quantencomputer zugreifen und diese Systeme mit klassischem Hochleistungsrechnen für bestimmte Arten rechenintensiver Forschung kombinieren“, so Vass. Amazon Braket mache es Organisationen leicht, schon heute mit Quantencomputern zu experimentieren - von denen, die gerade erst anfangen, die Möglichkeiten zu erkunden, bis hin zu denen, die bereits mit verschiedenen Quantentechnologien vertraut sind und bereit sind, sie als Forschungswerkzeug einzusetzen. „Unser Ziel ist es, ein Katalysator für Innovation in der gesamten Quantengemeinschaft zu sein und Hardware- und Software-Entwickler, Forscher und Endbenutzer zusammenzubringen.“

Warum Quantencomputing?

Quantencomputing hat das Potenzial, Rechenprobleme zu lösen, die außerhalb der Reichweite klassischer Computer liegen, indem die Gesetze der Quantenmechanik genutzt werden, um leistungsfähigere Werkzeuge für die Informationsverarbeitung zu entwickeln. Es hat das Potenzial, zu neuen wissenschaftlichen Entdeckungen zu führen, die die Energiespeicherung, die chemische Verfahrenstechnik, die Arzneimittelentdeckung, die Optimierung des Finanzportfolios, das maschinelle Lernen und vieles mehr verändern könnten.

Um heutzutage sinnvolle Fortschritte im Quantencomputing zu erzielen, müssen Organisationen internes Fachwissen entwickeln und Zugang zu begrenzter Quanten-Hardware suchen. Forscher, die daran interessiert sind, mit einer Reihe von Quanten-Hardware und -Technologien zu experimentieren, müssen die erforderliche Infrastruktur einrichten und verwalten, den Zugang mit mehreren Anbietern aushandeln und kundenspezifischen Code schreiben, der als Schnittstelle zu verschiedenen Quantenprozessoren dient.

Doch kommerzielle Quantencomputer für das eigene Rechenzentrum gibt es noch nicht Hardware, selbst an die Simulatoren etwa von Atos und Fujitsu gelangen die Unternehmen nur in begrenztem Umfang. Zugleich aber würde der Zugang zu Quantenhardware und verwalteter Infrastruktur dabei helfen zu beurteilen, wie sich das Quantencomputing letztendlich auf ihr Geschäft auswirken könnte. Verwaltete Quanteninfrastruktur von verschiedenen Hardware-Anbietern würde auch dazu beitragen, Forschung und Ausbildung in Quantentechnologien zu erleichtern, die neue Durchbrüche und die Quantencomputer der Zukunft beschleunigen könnten.

Lernen, Testen, Analysieren, Designen und Ausführen - das alles soll „Amazon Braket“ den Kunden ermöglichen.
Lernen, Testen, Analysieren, Designen und Ausführen - das alles soll „Amazon Braket“ den Kunden ermöglichen.
(Bild: Amazon Web Services)

Amazon Braket können bei der Bewältigung dieser Herausforderungen helfen, teilt AWS mit, indem es Entwicklern und Forschern im akademischen und industriellen Bereich ermöglicht, Quantencomputer zu erforschen und zu evaluieren und dabei die gleiche, konsistente Erfahrung zu nutzen, die AWS seinen Kunden heute bietet. Der Dienst ermöglicht den Kunden einen schnellen Einstieg, da sie mit vertrauten Werkzeugen wie „Jupyter“-Notebooks auf vorinstallierte Entwicklerwerkzeuge zugreifen können, mit denen sie Quantenalgorithmen entwerfen, Ergebnisse visualisieren und mit anderen zusammenarbeiten können.

Amazon Braket bietet plattformübergreifende Entwickler-Tools, mit denen Kunden ihre eigenen Quantenalgorithmen entwerfen oder aus einer wachsenden Bibliothek vorgefertigter Algorithmen auswählen können, so dass Kunden nicht mehr mehrere Entwicklungsumgebungen erlernen müssen. Kunden können ihre Algorithmen auf Quantencomputersimulatoren, die „Amazon EC2“-Rechenressourcen nutzen, ausführen, testen und Fehler beheben.

Wenn sie bereit sind, können die Kunden ihren Algorithmus dann auf dem Quantencomputer ihrer Wahl ausführen, ohne mehrere Anbieter in Anspruch nehmen oder sich auf eine einzige Technologie festlegen zu müssen. Heute können die Braket-Kunden supraleitende Quanten-Annealer von D-Wave, Ionenprozessoren von IonQ oder supraleitende Quantenprozessoren von Rigetti wählen.

In er Regel bieten Hardwarehersteller auch Möglichkeiten zum Ausführung von Hybrid-Algorithmen; denn die kombinierte Verwendung von Quanten- und klassischen Computersystemen kann dazu beitragen, die Einschränkungen zu überwinden, die der heutigen Quantentechnologie innewohnen. Auch das soll in Amazon Braket möglich sein.

Ergänzendes zum Thema
Die Hardware-Lieferanten

D-Wave Systems entwickelt Quantencomputersysteme, Software und Dienstleistungen und bietet diese an. Alan Baratz, CEO von D-Wave, sagt: „Wir teilen mit AWS das Ziel, die praktischen, realen Anwendungen zu erforschen, die dem Kunden einen Mehrwert bieten. Als Systempartner von Amazon Braket erwarten wir, dass die allgemeine Verfügbarkeit das sowohl das Wachstum der Entwicklergemeinschaft als auch Innovationen und pragmatische Lösungen im Quantencomputing voran getrieben werden.“

IonQ verfolgt beim Quantencomputing einen Trapped-Ion-Ansatz, dabei werden identische einzelne Atome als Bausteine für Quantenverarbeitungseinheiten verwendet. Peter Chapman, Präsident und CEO von IonQ teilt mit: „Mit der allgemeinen Verfügbarkeit von Amazon Braket werden unsere Quantencomputer zum ersten Mal der Öffentlichkeit kommerziell zur Verfügung stehen. Unsere Trapped-Ionen-Technologie stützt sich auf jahrzehntelangen wissenschaftlichen Fortschritt, und wir freuen uns, dass mehr Kunden als je zuvor über AWS Zugang zu unseren ionenbasierten Computern haben, um diese Technologie in größerem Umfang nutzen zu können.“

Skalierbare „Aspen“-Chip-Architektur von Rigetti: Zu den Unterscheidungsmerkmalen gehört die direkte Kopplung zwischen einem Qubit und seinen drei nächsten Nachbarn. Verschränkungsgatter, die über eine Frequenzmodulationssteuerung (parametrisch) betätigt werden; schnelle Abtastung durch Zurücksetzen des aktiven Registers.
Skalierbare „Aspen“-Chip-Architektur von Rigetti: Zu den Unterscheidungsmerkmalen gehört die direkte Kopplung zwischen einem Qubit und seinen drei nächsten Nachbarn. Verschränkungsgatter, die über eine Frequenzmodulationssteuerung (parametrisch) betätigt werden; schnelle Abtastung durch Zurücksetzen des aktiven Registers.
( Bild: Rigettti )

Rigetti baut supraleitende Quantencomputersysteme und ermöglicht den Zugang per Cloud. Die Systeme von Rigetti sind für die Integration in die bestehende Computing-Infrastruktur optimiert und auf die Unterstützung der Entwicklung praktischer Software und Anwendungen zugeschnitten.

Chad Rigetti, Gründer und CEO von Rigetti Computing, verleiht der Hoffnung Ausdruck, dass die Entwicklung nützlicher Quantenanwendungen vom hochmodernen Zugang zu Quanten-Hardware profitieren könne: „AWS-Kunden können jetzt auf unseren bisher fortschrittlichsten Prozessor `Aspen-8´ zugreifen, der auf unserer 32-Qubit-Knotentechnologie basiert. Durch die Bereitstellung des Zugangs zu unseren Systemen in Zusammenarbeit mit AWS können wir mehr Kunden erreichen und dazu beitragen, das Wachstum dieser aufstrebenden Branche zu beschleunigen.

Die Kundenliste

Zu den Kunden gehört das Fidelity Center for Applied Technology (FCAT). Die FCAT-Teams verfolgen soziale und technische Trends, testen Produktkonzepte und -ideen und entwickeln skalierbare Lösungen, die einen effizienteren Betrieb unterstützen und die Kundenzufriedenheit erhöhen. Adam Schouela, Leiter der Emerging Technology am Fidelity Center for Applied Technology, erläutert, was er an dem AWS-Angebot schätzt: „Amazon Braket ermöglicht es FCAT, hardware-agnostische Software zu entwickeln, so dass wir problemlos auf neue Quantensysteme umsteigen können, sobald diese verfügbar sind. Wir sind in der Lage, die Stärken verschiedener Quanten-Backends zu erforschen, hybride Klassik-zu-Quanten- und Quanten-zu-Quanten-Workflows zu bauen. FCAT habe mit dem Quantum Solutions Lab von Amazon zusammengearbeitet, um Machbarkeitsnachweise zu erstellen, die die Grenzen dessen, was heute mit Cloud-basierten Quantencomputern für den Finanzsektor möglich sei.

Auch Florian Neukart, Direktor Advanced Technologies and IT Strategy bei der Volkswagen Group of America, schätzt das Angebot mehrerer Quanten-technologien: „Mit Amazon Braket ist es erstmals möglich, Quantencomputer verschiedener Dienstleister über eine standardisierte Programmierschnittstelle anzusprechen und zu nutzen. Dies bietet erhebliche Möglichkeiten, die Entwicklungsarbeit zu beschleunigen und unsere Quantenalgorithmen zu verbessern. Wir sind davon überzeugt, dass Amazon Braket dazu beitragen kann, die Vorteile des Quantencomputers für Gesellschaft und Industrie noch schneller nutzbar zu machen.“

Über den Zweck, das Angebot zu nutzen, fügt er an: „Wir bei Volkswagen wollen ein vertieftes Verständnis für den sinnvollen Einsatz von Quantencomputing in einem Unternehmensumfeld gewinnen. Der Schlüssel dazu liegt in der Erprobung und kontinuierlichen Weiterentwicklung von Algorithmen auf verschiedenen Quantencomputern.“

Auch Fabio Veronese, Head of Infrastructure & Networks Digital Hub, Enel S.p.A., äußert sich. Enel ist ein multinationaler Energiekonzern und ein führender integrierter Akteur auf den globalen Märkten für Strom, Gas und erneuerbare Energien. Es ist weltweit in über 30 Ländern vertreten und produziert Energie mit einer verwalteten Kapazität von über 88 GW.

Er sagt: „Enel verteilt Strom über ein Netz von über 2,2 Millionen Kilometern und mit rund 74 Millionen Geschäfts- und Haushaltskunden weltweit. Aufgrund unseres breiten Servicenetzwerks ist die Fähigkeit, unsere Ressourcenplanung zu optimieren, eine wesentliche Komponente der digitalen Transformation, die wir in einen konkreten Vorteil umwandeln können. Während einer Zusammenarbeit mit DATA Reply und AWS haben wir innovative Techniken zur Durchführung von Optimierungen mit Amazon EC2-Ressourcen sowie mit den heutigen Quantencomputern über Amazon Braket getestet. Diese Techniken sind vielversprechend, und wir gehen davon aus, dass sie zu Lösungen führen werden, die zu Einsparungen für unseren Betrieb führen können, insbesondere im Laufe der Zeit, wenn die Quanten-Hardware reift.“

Das Biotechnologie-Unternehmen Amgen ist in rund 100 Ländern vertreten und konzentriert auf die Entdeckung, Entwicklung und Herstellung innovativer Medikamente. Yax Sun, Direktor und Narbe Mardirossian, Wissenschaftler bei Amgen, erläutert: „Die Quanteninformatik hat das Potenzial, die bestehenden Rechenmethoden bei wichtigen Fragen der Arzneimittelentdeckung zu übertreffen. Tatsächlich skaliert der rechnerische Bedarf an genauen Quantenberechnungen mit zunehmender Größe des molekularen Systems in unserer Forschung schnell außer Reichweite klassischer Computer, und wir müssen auf Näherungen zurückgreifen, bei denen die Genauigkeit der Effizienz geopfert wird.

Durch die Zusammenarbeit mit dem Amazon Quantum Solutions Lab und QSimulate seien sie in der Lage, schnell einen Cloud-basierten Ansatz zu entwickeln und zu testen, bei dem mehrere Rechenressourcen auf AWS für einen kritischen Prozess der Arzneimittelentdeckung eingesetzt werden, ein Prozess, den in Zukunft auf einen Quantencomputer umgestellt werden soll, wenn das praktikabel ist. „Mit Blick auf die Zukunft hat Amazon Braket das Potenzial, der Forschungs- und Wissenschaftsgemeinschaft einen erheblichen Nutzen zu bringen, indem es einen On-Demand-Zugang zu Quantencomputertechnologien bietet und die Innovation in der Biotechnologie beschleunigt“, so die beiden.

Michele Mosca, ordentlicher Professor an der Universität Waterloo, hebt die Bedeutung für die Erforschung der Quantentechnologien selbst hervor. Das Institut für Quanteninformatik (IQC) ist ein weltweit führendes Quanteninstitut an der Universität von Waterloo. Das IQC treibt den Bereich der Quanteninformation auf höchster internationaler Ebene voran, um leistungsstarke neue Quantentechnologien zu entdecken und zu entwickeln, die die Wirtschaft der Zukunft antreiben werden.

Er äußert: „Es ist zwar schwer vorherzusagen, welche Produkte und Sektoren durch die Quantenberechnung am meisten gestört werden oder wann die Störungen auftreten werden, aber es besteht ein großes Risiko, unvorbereitet erwischt zu werden, und eine große Chance, mit den Unsicherheiten klug umzugehen. Der kluge Weg besteht darin, ständig zu erforschen, wo die algorithmischen Vorteile liegen könnten, und bereit zu sein, auf jedem Quantencomputer zu laufen, der die erforderlichen Ressourcen bietet, um diesen Vorteil zu erreichen. Ein Quantencomputer-Dienst wie Amazon Braket, der einen einfachen und schnellen Zugang zu mehreren Hardware-Geräten bietet, ermöglicht diese Bereitschaft.“

Dagegen hat Miriam Cha, Chief Operating Officer von Rahko, ein klar umrissenes Anwendungsgebiet im Blick. Rahko ist ein in London ansässiges Unternehmen für Quantenmaschinen-Lernen, das sich auf chemische Simulationen für Medikamente, Batterien, fortschrittliche Materialien und Chemikalien konzentriert.

Sie führt aus: „Quantencomputing ermöglicht es uns, unsere Kunden dabei zu unterstützen, die Entwicklung in Bereichen wie Arzneimittelforschung und -entwicklung, Batterietechnik und Materialwissenschaft voranzutreiben.“ Die Fähigkeit, Materialien auf der Quantenebene zu modellieren, wird es uns ermöglichen, den Weg für bedeutende Fortschritte in vielen kritischen Forschungsbereichen zu ebnen.“

Qu & Co unterstützt die firmeninternen Entdeckungs- und Optimierungsaktivitäten von Organisationen durch die Entwicklung neuer quantencomputergestützter chemischer Methoden und deren Integration in die bestehenden rechnergestützten chemischen und materialwissenschaftlichen Arbeitsabläufe der Kunden. Das Unternehmen hat bereits verschiedene Quantensoftware-Entwicklungsplattformen evaluiert.

Benno Broer, CEO von Qu & Co, fasst die positiven Erfahrungen zusammen: „Amazon Braket verspricht eine solide Integration zwischen klassischer und Quanten-Hardware und bietet uns eine hardware-agnostische Entwicklungsumgebung, klassische Simulatoren und Zugang zu verschiedenen Quantencomputern. Von derselben AWS-Cloud-Umgebung aus können wir Werkzeuge wie `Amazon Sagemaker` einsetzen, um im Namen unserer Kunden innovativ zu sein.“

Amazon Braket seit Freitag vergangener Woche in den AWS-Regionen US-Ost (N. Virginia), US-West (N. Kalifornien) und US-West (Oregon) erhältlich. In der Zukunft sollen weitere Regionen dazu kommen.

(ID:46807915)

Über den Autor

 Ulrike Ostler

Ulrike Ostler

Chefredakteurin DataCenter-Insider, DataCenter-Insider