Veranstaltungsort: Hörsaal FIAS EG 0.100

Die Möglichkeiten des Quantencomputings sowie Benchmarks einiger der leistungsstärksten Supercomputer schildert Kristel Michielsen in ihrem Vortrag am FIAS. Ein Beispiel stammt aus der Flugzeugindustrie.

Quantencomputing verspricht nie dagewesene Möglichkeiten für wichtige Rechenaufgaben wie Quantensimulationen in der Chemie und Materialwissenschaft oder Optimierung und maschinelles Lernen. Angesichts dieses Potenzials stößt das Quantencomputing zunehmend auf das Interesse von Industrie und Wissenschaft, die für ihre Anwendungen das Hochleistungsrechnen (HPC) nutzen. Diese Pilotanwender sind vor allem daran interessiert zu testen, ob die heute oder in absehbarer Zukunft verfügbaren Quantencomputer geeignet sind, immer komplexere Systeme zu simulieren, große Datensätze mit Methoden des maschinellen Lernens zu analysieren oder schwierigste Optimierungsaufgaben zu lösen.

Der Zugang zu Quantencomputer-Emulatoren, die auf HPC-Systemen laufen, und zu Quantencomputersystemen, die sich an der Spitze der Entwicklung befinden, ist die Voraussetzung für Tests, Benchmarking, Algorithmen- und Anwendungsfalldesign und erste ernsthafte Anwendungen in wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen. 

Das Benchmarking von Quantencomputern und -algorithmen erfordert Emulatoren, die die Architektur heutiger Supercomputer effizient nutzen können. Da die Simulation von universellen Quantencomputern eine große Anzahl von Matrix-Vektor-Updates erfordert, von denen die meisten 2-Komponenten- und 4-Komponenten-Tensoroperationen sind, ist die Simulation von Quantencomputern ideal, um von den jüngsten Entwicklungen in der GPU-Industrie zu profitieren. Wir präsentieren Benchmarks einiger der leistungsstärksten Supercomputer unter Verwendung des Jülich Universal Quantum Computer Simulators (JUQCS).

Die praktische Anwendung erfordert die Integration von Quantencomputern in bestehende HPC-Infrastrukturen in Form von quantenklassischen Hybrid-Computing-Modellen.

Die Jülich UNified Infrastructure for Quantum computing (JUNIQ), eine am Jülich Supercomputing Centre (JSC) eingerichtete herstellerunabhängige Quantencomputer-Nutzereinrichtung, zielt darauf ab, alle diese Anforderungen zu erfüllen.

Als Beispiel präsentieren wir Benchmarking-Ergebnisse für den auf einem Supercomputer emulierten Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) und für die D-Wave-Quantenglühen für das Tail Assignment Problem, ein Planungsproblem aus der Flugzeugindustrie.