Mobile-Menu

15 Millionen Euro Förderung vom BMFTR Quantensoftware – Fraunhofer, KIT und FZI legen Referenzarchitektur vor

Von Bernhard Lück 2 min Lesedauer

Anbieter zum Thema

Fraunhofer-Institut für Arbeits- wirtschaft + Organisation IAO
KIT Karlsruher Institut für Technologie
FZI Forschungszentrum Informatik am Karlsruher Institut für Technologie
RITTAL GmbH & Co. KG
VON ZUR MÜHLEN'SCHE GmbH
mehr weniger
Company-Flyout
Kentix GmbH
weniger

Das vom Fraunhofer IAO geleitete Forschungsprojekt „FullStaQD“ präsentiert eine erste Referenzarchitektur für Quantensoftware, einen Bauplan, um Anwendungen unabhängig von konkreter Quantenhardware zu entwickeln und langfristig weiterzuentwickeln.

Noch gibt es keine praxistauglichen Quantencomputer. Die neue Referenzarchitektur schafft aber bereits heute eine gemeinsame Grundlage für die zukünftige Software.(Bild: Midjourney / Paula Breukel / KI-generiert)
Noch gibt es keine praxistauglichen Quantencomputer. Die neue Referenzarchitektur schafft aber bereits heute eine gemeinsame Grundlage für die zukünftige Software.
(Bild: Midjourney / Paula Breukel / KI-generiert)

Quantencomputer könnten künftig Probleme lösen, an denen klassische Rechner scheitern, etwa bei der Entwicklung neuer Materialien oder der Planung von Lieferketten. Bislang gelten die Systeme jedoch als störanfällig und kommen vor allem in Forschungslaboren zum Einsatz. Hinzu kommt, dass es nach Angaben der Projektbeteiligten weder für die Hardware noch für die Software gemeinsame Standards gibt.

Projektleiter Philipp Kunst vom Fraunhofer IAO beschreibt die Softwarelandschaft im Quantencomputing als stark fragmentiert. Viele Lösungen seien eng an eine bestimmte Hardware gebunden. Entwickle sich die Technologie weiter, müssten häufig auch die Programme angepasst werden. Da zugleich immer neue technische Ansätze für Quantencomputer entstehen, werde sowohl die Zusammenarbeit als auch die langfristige Weiterentwicklung von Software erschwert.

Ina Schaefer, Professorin am Institut für Informationssicherheit und Verlässlichkeit (KASTEL) des KIT, verweist auf die Softwarekrise der 1960er-Jahre. Damals standen leistungsfähige Rechner zur Verfügung, es fehlte jedoch an ausgereifter Software, um sie zu nutzen. Eine Wiederholung dieser Situation wolle man vermeiden.

Bauplan statt konkreter Software

Das Team um Schaefer entwickelt deshalb keine Software für einen bestimmten Quantenrechner, sondern eine Architektur, die beschreibt, wie unterschiedliche Quantencomputer und Softwarelösungen zusammenarbeiten können. Als Vergleich dient den Forschenden die Steckdose: Standards für Steckdosen und Stecker legen nicht fest, welche Geräte gebaut werden, sondern nur, wie Geräte und Stromversorgung zusammenspielen.

Nach diesem Prinzip definiert die Referenzarchitektur weder eine bestimmte Quantenhardware noch konkrete Anwendungen. Sie beschreibt stattdessen, welche Aufgaben die einzelnen Ebenen eines Quantensoftwaresystems übernehmen und wie diese miteinander kommunizieren. Damit soll sie offen für künftige technologische Entwicklungen bleiben. Außerdem könnten mehrere Teams auf dieser Basis gemeinsam größere Softwaresysteme entwickeln.

Drei Ebenen: Anwendung, System, Hardware

Die Architektur gliedert Quantensoftware in drei Ebenen:

  • Anwendungsebene: Hier entstehen Programme für konkrete Aufgaben, etwa in der Logistik oder der Materialforschung;
  • Systemebene: Sie liegt zwischen den beiden anderen Ebenen und verbindet sie miteinander;
  • Hardwareebene: Sie umfasst den Quantenrechner selbst.

Durch diese Trennung sollen sich Anwendungen und Hardware unabhängig voneinander weiterentwickeln lassen. Oliver Denninger, Leiter des Forschungsbereichs Software Engineering am FZI, erläutert, wer an neuen Anwendungen arbeite, müsse die technischen Details der Hardware nicht kennen. Umgekehrt ließen sich bestehende Programme mit geringem Aufwand an Hardwareverbesserungen anpassen. Neue Hardwaretechnologien könnten entstehen, ohne dass sämtliche Software neu entwickelt werden muss.

Projektleiter Kunst betont, die Softwareseite müsse für eine wirtschaftliche Nutzung des Quantencomputings von Anfang an gleichberechtigt mit der Hardware entwickelt werden. Die dafür nötigen Softwarebausteine wollen die Forschenden in der nächsten Projektphase erarbeiten.

Open-Source-Implementierung für das kommende Jahr geplant

Die vorgestellte Version ist der erste Meilenstein im Projekt FullStaQD. Als Nächstes entwickeln die Projektpartner eine Open-Source-Referenzimplementierung mit frei verfügbaren Komponenten, die im kommenden Jahr vorgestellt werden soll. Die Referenzarchitektur ist online abrufbar.

Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Projekt mit rund 15 Millionen Euro.

(ID:50990230)

Jetzt Newsletter abonnieren

Täglich die wichtigsten Infos zu RZ- und Server-Technik

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung. Die Einwilligungserklärung bezieht sich u. a. auf die Zusendung von redaktionellen Newslettern per E-Mail und auf den Datenabgleich zu Marketingzwecken mit ausgewählten Werbepartnern (z. B. LinkedIn, Google, Meta).

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Weiterführende Inhalte