Für das britische Quantencomputing eröffnen sich neue Horizonte – Physics World

Als führende Persönlichkeiten der britischen Quantencommunity in Edinburgh zusammenkamen, um den Start des ersten Forschungszentrums des Landes zu feiern, das sich der Quantensoftware widmet, war das Gefühl spürbar, dass die Entwicklung des Quantencomputings im Vereinigten Königreich in eine neue und expansive Phase eintritt Phase. Die Veranstaltung in Edinburgh fand im April statt und fand nur einen Monat nach der Veröffentlichung des britischen Films statt Nationale Quantenstrategie, das in den zehn Jahren ab 2.5 10 Milliarden Pfund an neuen Mitteln für die Entwicklung von Quantentechnologien bereitstellt.

Mit dieser zusätzlichen Investition wird die laufende Unterstützung des Vereinigten Königreichs für Quantenforschung und -innovation derzeit mehr als verdoppelt Nationales Quantentechnologieprogramm (NQTP) Seit 1 wurden bereits staatliche Mittel in Höhe von rund 2014 Milliarde Pfund bereitgestellt. Die neue Strategie zielt auch darauf ab, von den schnellen Fortschritten zu profitieren, die in den letzten 10 Jahren erzielt wurden – sowohl im Hinblick auf technische Errungenschaften als auch auf die Entstehung eines lebendigen und kollaborativen Quantenökosystems einen größeren Schwerpunkt auf die Umsetzung bahnbrechender wissenschaftlicher Erkenntnisse in praktische Quantencomputer legen, die einen echten Mehrwert für Gesellschaft und Wirtschaft bieten.

„Wir müssen einige wichtige Fragen beantworten“, sagte Sir Peter Knight vom Imperial College London, ein führender Architekt des neuen strategischen Rahmens sowie des NQTP. „Wofür ist ein Quantencomputer gut? Wie vergleichen und validieren wir die Leistung? Worauf sollten wir unsere Bemühungen konzentrieren, um schnelle und wertvolle Ergebnisse zu erzielen?“

Das Quantum Software Lab (QSL) zielt darauf ab, einige dieser Fragen zu beantworten, wobei der Schwerpunkt auf der Untersuchung praktischer Möglichkeiten liegt, Quantencomputer zur Lösung von Problemen zu nutzen, die außerhalb der Reichweite klassischer Maschinen liegen. Das Labor, das von der School of Informatics der University of Edinburgh gehostet wird, wurde in Zusammenarbeit mit der University of Edinburgh eingerichtet Nationales Quantencomputerzentrum (NQCC) und zielt darauf ab, die Entwicklung und Einführung des Quantencomputings zu beschleunigen, indem es mit Industriepartnern zusammenarbeitet, um ihre schwierigsten Rechenherausforderungen in Anwendungsfälle zu übersetzen, die durch Quantencomputing angegangen werden können.

„Wir wollen die Schwachstellen in verschiedenen Branchen verstehen“, sagte Elham Kashefi, der Direktor des QSL. Kashefi ist Professor für Quantencomputing an der Universität Edinburgh und CNRS-Forschungsdirektor an der Sorbonne-Universität in Paris und wurde im November 2022 zum Chefwissenschaftler des NQCC ernannt. „Das wird es uns ermöglichen, Anwendungsfälle und Anwendungen für Quanten zu entwickeln.“ Computer, die echte Probleme lösen.“

Diese Ambitionen stehen im Einklang mit dem Benutzer-Engagement-Programm des NQCC. namens SparQZiel ist es, praktische Anwendungen des Quantencomputings zu erforschen, um das Bewusstsein und die Fähigkeiten potenzieller Endnutzer für die Technologie zu stärken. Das SparQ-Programm bietet Zugang zu neuen Quantencomputing-Ressourcen sowie Schulungs- und Networking-Möglichkeiten. Das QSL-Team wird eng mit den Innovationsspezialisten und Anwendungsingenieuren des NQCC zusammenarbeiten, um Anwendungsfälle zu identifizieren und zu entwickeln, in denen Quantencomputing einen nachweisbaren Vorteil gegenüber klassischen Lösungen bieten kann. „Dieses gemeinsame Unterfangen wird eine zentrale Forschungskapazität schaffen, um einige der wichtigsten Herausforderungen bei der Entwicklung von Quantensoftware anzugehen und den Weg für praktische Anwendungen des Quantencomputings zu ebnen, die einen echten Einfluss auf die Branche haben können“, kommentierte Michael Cuthbert, Direktor des NQCC . „Das Fachwissen von QSL wird dazu beitragen, die Benutzerakzeptanz zu fördern und einen Weg zum Nachweis von Quantenvorteilen zu bieten.“

Durch die Schaffung eines Schwerpunkts für die Entwicklung von Quantensoftware im Vereinigten Königreich möchte das QSL neue Forschungstalente anziehen, Bildung und Ausbildung für die nächste Generation von Quantenentwicklern bieten und eine Quelle wissenschaftlicher Expertise für die breitere Quantengemeinschaft bereitstellen. In gewisser Weise füllt es eine Lücke in der britischen Quantenlandschaft, wobei sich das NQTP in den Anfangsjahren hauptsächlich auf die Demonstration neuartiger Qubit-Architekturen und die Entwicklung von Quantenalgorithmen zur Durchführung spezifischer Rechenaufgaben konzentrierte. Da sich der Schwerpunkt nun auf den Bau praktischer Quantencomputer verlagert hat, besteht ein größerer Bedarf an Software zur Steuerung der Kernquantenprozessoren, zur Charakterisierung und Abschwächung der durch Rauschen verursachten Fehler sowie zur Bereitstellung der kritischen Verbindungen zwischen der Quantenhardware und der klassischen Computerinfrastruktur.

„Quantensoftware ist der Klebstoff, der alle verschiedenen Elemente eines Quantencomputers zusammenbringt“, kommentierte Matthias Christandl von der Universität Kopenhagen, einer der treibenden Kräfte des Neuen Europäisches Institut für Quantensoftware, sprach bei der Auftaktveranstaltung. „Es erfordert den Einfallsreichtum von Quantensoftware-Wissenschaftlern, um die bemerkenswerte Leistungsfähigkeit der Quantenhardware zu nutzen, während die gemeinsame Entwicklung von Hardware und Software ebenfalls von entscheidender Bedeutung sein wird, da sich verschiedene Qubit-Architekturen weiterentwickeln.“

Während das QSL mit dem NQCC zusammenarbeiten wird, um spezifische Anwendungsfälle in verschiedenen Industriesektoren zu untersuchen, wird es auch allgemeine theoretische und mathematische Ansätze entwickeln, die auf verschiedene Hardwareplattformen und Anwendungen angewendet werden können. Die Forschung im Labor wird das grundlegende Wissen für Folgephasen des NQCC-Programms im Bereich Quantensoftware und -anwendungen liefern und außerdem den Weg für die erste sichere und überprüfbare verteilte Cloud-Plattform für Quantencomputing in Großbritannien ebnen. „Wir müssen aufgeschlossen bleiben und Blue-Sky-Forschung zulassen“, sagte Kashefi. „Fortschritte in der Wissenschaft können neue Anwendungen ermöglichen, während neue Anwendungen neue Forschungsrichtungen inspirieren können.“

Ein wichtiges Ziel des Forschungsprogramms des Labors ist die Entwicklung der Werkzeuge, die benötigt werden, um zu beweisen, ob eine quantenbasierte Lösung einen echten Leistungsvorteil gegenüber einem herkömmlichen Supercomputer erzielt. „Wir brauchen formale Methoden, um zu testen, ob ein Ansatz das Problem angeht und Quantenvorteile bietet“, sagte Kashefi. „Wir wollen das Universum möglicher Anwendungen erkunden und herausfinden, wo Quantenvorteile erzielt werden können und wo nicht.“

Kashefi ist davon überzeugt, dass die Ergebnisse der Entdeckungswissenschaft des QSL dazu beitragen werden, die Entwicklung neuartiger Softwarelösungen zu leiten, die zur Lösung realer Probleme eingesetzt werden können. „Wir wollen der Motor sein, der alles zusammenbringt“, sagte sie. Im Gesamtrahmen des Labors liegt ein klarer Fokus auf der Umsetzung spezifischer Anwendungsfälle in praktische Lösungen, wobei leitende Forscher im Team für die Festlegung erster Anwendungsfälle, die Umsetzung der Anforderungen in ein Forschungsproblem, die Entwicklung und Optimierung geeigneter Quantenalgorithmen und das anschließende Benchmarking verantwortlich sind die Lösung, um sicherzustellen, dass sie den Anforderungen der Anwendung entspricht. „Unser Ziel ist es, eine Start-up-Kultur in einem akademischen Umfeld zu schaffen“, fügte Kashefi hinzu.

Das QSL befindet sich in der School of Informatics der University of Edinburgh – mit Abstand die größte ihrer Art im Vereinigten Königreich – und wird Zugang zu wertvollem Fachwissen in allen Bereichen der Informatik haben. Rund 30 Forscher sind bereits an dem Labor beteiligt, während das Team auch eine direkte Verbindung zum EPCC hat, dem Kompetenzzentrum der Universität für Supercomputing und Datenwissenschaft. „Um das Beste aus aktuellen Quantencomputern herauszuholen, müssen sie in einer klassischen Computerumgebung betrieben werden“, sagte Kashefi. „Wir brauchen Fachwissen im Hochleistungsrechnen, um Systemarchitekturen und Steuerungssysteme zu optimieren und verteilte Plattformen zu schaffen, die Quantenhardware mit klassischen Rechenressourcen kombinieren.“

Das QSL-Team ist außerdem bestens in der Lage, mit Wissenschaftlern und Ingenieuren der Universität zusammenzuarbeiten, die an Forschungsproblemen arbeiten, die mit Quantencomputern gelöst werden können, etwa molekulare Simulationen in der Chemie oder Vielteilchenprobleme in der Physik. Generell besteht das Ziel darin, ein offenes Umfeld zu schaffen, das die Zusammenarbeit sowohl mit akademischen Gruppen als auch mit Industriepartnern fördert. „Wir möchten, dass unsere Forschung die größtmögliche Wirkung hat“, sagte Craig Skeldon, Business Development Manager des QSL. „Unser Ziel ist es, mit Endbenutzern in verschiedenen Branchen in Kontakt zu treten, um praktische Lösungen zu entwickeln und mit Hardware- und Softwareanbietern zusammenzuarbeiten, die innovative Produkte entwickeln.“

Die strategische Partnerschaft des Labors mit dem NQCC wird auch dazu beitragen, eine Gemeinschaft von Quantensoftware-Spezialisten zu schaffen, die mit anderen Interessengruppen, einschließlich Hardwareentwicklern und Endbenutzern aus Regierung, Wissenschaft und Industrie, zusammenarbeiten können, um die Entwicklung und Einführung praktischer Quantencomputer voranzutreiben. „Es braucht ein ganzes Ökosystem, um einen nützlichen Quantencomputer zu entwickeln“, schloss Kashefi am Ende der Auftaktveranstaltung. „Das NQCC ist der Traumpartner für das QSL, und wir sind bereit für die Herausforderung.“

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/new-horizons-beckon-for-uk-quantum-computing/