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Quantencomputing im Verbund mit Hochleistungsrechnen Fugaku koppelt mit IBM Quantum Heron im geschlossenen Workflow

Von Paula Breukel 2 min Lesedauer

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Das japanische Forschungszentrum Riken und IBM koppeln einen IBM-Quantum-„Heron“-Quantenprozessor eng mit dem Supercomputer „Fugaku“. In einem geschlossenen Workflow rechnen beide Systeme gemeinsam an einem Chemieproblem und liefern Hinweise, wie Quantenschritte in HPC-Umgebungen laufen.

Der Kern des Riken-IBM-Experiments liegt weniger in einzelner Quantenhardware, sondern in der Orchestrierung, damit Quanten- und klassische Rechenzeit nicht ungenutzt bleibt.(Bild: © Gorodenkoff - stock.adobe.com)
Der Kern des Riken-IBM-Experiments liegt weniger in einzelner Quantenhardware, sondern in der Orchestrierung, damit Quanten- und klassische Rechenzeit nicht ungenutzt bleibt.
(Bild: © Gorodenkoff - stock.adobe.com)

Riken und IBM zeigen einen Ansatz, bei dem Quantencomputer und Supercomputer nicht nacheinander arbeiten, sondern in einem gekoppelten Ablauf fortlaufend Daten austauschen. Im Zentrum steht der Supercomputer „Fugaku“ am Riken Center for Computational Science in Japan sowie ein vor Ort betriebener IBM-Quantum-Heron-Prozessor. IBM beschreibt das Ergebnis als groß angelegten Demonstrator für quantenzentriertes Supercomputing (auf Englisch quantum-centric supercomputing, kurz QCSC).

Bei vielen hybriden Ansätzen laufen Quanten- und klassische Computerschritte noch eher „in Serie“, also erst Quantenverarbeitung, dann Auswertung auf einem klassischen System und dann wieder zurück. IBM und Riken betonen einen geschlossenen Regelkreis, bei dem beide Seiten im selben Ablauf bleiben und Ergebnisse ohne Unterbrechung zurückzufließen, wie es für reale High-Performance-Computing-Anwendungen (HPC) relevant ist.

Technisch dreht sich vieles um Auslastung. Wenn der Supercomputer wartet, weil der Quantenprozessor noch Messdaten liefert, oder umgekehrt, sinkt der Nutzen der Kombination. Laut IBM entstand dafür ein neues System zur Aufgabenverteilung, das die Schritte taktet und Leerstand reduziert.

Der Supercomputer „Fugaku“ als Maßstab für Skalierung

Fugaku zählt zu den größten klassischen Systemen weltweit. In den TOP500-Daten ist das System mit 7.630.848 Rechenkernen geführt. Die Architektur basiert auf 158.976 Knoten.

In der Veröffentlichung auf Arxiv nennen die Autoren, dass der geschlossene Ablauf mit 152.064 klassischen Knoten von Fugaku gekoppelt war, also nahezu im Vollausbau. Der Ansatz zielt darauf, hybride Workflows nicht nur funktional, sondern auch skalierbar zu betreiben.

Hybrider Ansatz soll Rechenleistung verteilen...

Als Verfahren nennt IBM ‚Sample-based quantum diagonalization’ (SQD). Hierbei handelt es sich um einen hybriden Ansatz, bei dem der Quantenprozessor aus einem sehr großen Zustandsraum Stichproben liefert und der klassische Teil diese Informationen für weitere Rechenschritte nutzt.

IBM ordnet SQD in eine Klasse von Verfahren ein, die Aufgabenanteile gezielt auf Quanten- und klassische Ressourcen verteilen, statt einen Rechner-Typ zu ersetzen. Im Arxiv-Paper formuliert das Team den Anspruch so, dass Quantenrechner im Verbund mit klassischen Systemen arbeiten sollen.

...aber wo kann der hybride Ansatz zum Einsatz kommen?

Zur Veranschaulichung berechnete das Team ein Chemie-Testbeispiel. Untersucht wurde die elektronische Struktur zweier Eisen-Schwefel-Systeme, also vereinfacht die Verteilung und Wechselwirkung der Elektronen, die chemische Eigenschaften stark mitbestimmt. IBM hebt hervor, dass es dabei um Größe und Genauigkeit des hybriden Ablaufs geht. IBM Research Director Jay Gambetta präsentierte die Ergebnisse am 29. Januar 2026 auf der „Supercomputing Asia 2026“.

Auf Arxiv erschien dazu auch Ende Oktober 2025 das Paper „Closed-loop calculations of electronic structure on a quantum processor and a classical supercomputer at full scale“.

Was bedeuten die Ergebnisse konkret?

Die Forschungsergebnisse sollen zeigen, wie sich Quantenverarbeitungseinheiten (QPU) in bestehende Abläufe einbinden lassen. IBM verweist zudem auf den nächsten Schritt, bei dem Grafikprozessoren (GPU) als zusätzliche Beschleuniger in solche Quanten-Klassik-Workflows einziehen soll.

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