Sieben Quantenhardwareunternehmen haben Aufträge im Wert von mehreren Millionen Pfund für den Bau einer Reihe von Quantentestumgebungen erhalten Nationales Quantencomputerzentrum bis 2025. März
Die britische Nationales Quantenrechenzentrum (NQCC) investiert 30 Millionen Pfund, um bis März 2025 sieben Quantencomputer-Testumgebungen auf Basis unterschiedlicher Hardwaretechnologien einzurichten. Alle Prototypen auf Systemebene werden von Quantenhardwareunternehmen in den Einrichtungen des NQCC auf dem Harwell Campus in Oxfordshire gebaut und basieren auf hochmoderne Technologieplattformen zur Unterstützung der Mission des NQCC, die Entwicklung von Quantencomputerkapazitäten und -infrastruktur im Vereinigten Königreich zu beschleunigen.
Mit der Einrichtung dieser Quantentestumgebungen möchte das NQCC die Fähigkeiten verschiedener Hardwarelösungen präsentieren, demonstrieren und bewerten. Während Quantencomputer versprechen, unser Leben zu verändern, indem sie Probleme angehen, die außerhalb der Reichweite klassischer Maschinen liegen, ist noch mehr Arbeit erforderlich, um die kritischen Herausforderungen zu identifizieren und zu bewältigen, die der Entwicklung skalierbarer Quantenprozessoren im Weg stehen, die komplexere Rechenaufgaben ausführen können.
Durch das Hosten mehrerer Testumgebungen auf verschiedenen Qubit-Plattformen ist es unser Ziel, das Wachstum des britischen Quantencomputersektors zu unterstützen und langfristig den Meilenstein zu erreichen, Quantenvorteile zu demonstrieren
Simon Plant, stellvertretender Innovationsdirektor beim NQCC
Infolgedessen spiegeln die sieben im Rahmen der Initiative finanzierten Projekte die Bandbreite der Qubit-Architekturen wider, die einen Weg zum fehlertoleranten Quantencomputing bieten könnten. Rigetti wird beispielsweise ein Testbett mit 24 supraleitenden Qubits bauen, während Oxford Ionics eine Plattform für gefangene Ionen demonstrieren wird, die auf einer ursprünglich an der Universität Oxford entwickelten Technologie basiert. Zwei der an QuEra und Infleqtion (ehemals ColdQuanta) vergebenen Projekte werden Hardwaresysteme auf Basis neutraler Atome aufbauen, während ORCA Computing und Aegiq unterschiedliche Ansätze für photonikbasiertes Quantencomputing verfolgen werden. Im siebten Projekt wird Quantum Motion eine Demonstrationsplattform schaffen, die Spin-Qubits innerhalb einer Silizium-Chip-Architektur nutzt.
Gegen die Uhr
In jedem Fall standen die Hardware-Entwickler vor der Herausforderung, innerhalb eines Sprint-Zeitrahmens von nur 15 Monaten ein voll funktionsfähiges System zu entwickeln. Bei einem derart engen Zeitrahmen wird der Schwerpunkt jedes Projekts auf dem Bau und der Installation einer neuen Maschine liegen, die getestet und betriebsbereit ist und ein stabiles und gut charakterisiertes Entwicklungssystem liefert, das in der Lage ist, Quantenalgorithmen oder analoge Quantenprozesse auszuführen. Gleichzeitig werden die im Rahmen der Initiative bereitgestellten Forschungs- und Entwicklungsgelder es den Unternehmen auch ermöglichen, neuartige Innovationen zu integrieren, die die Leistungsfähigkeit ihrer Hardwareplattformen vorantreiben.
„Durch das Hosten mehrerer Testumgebungen auf verschiedenen Qubit-Plattformen ist es unser Ziel, das Wachstum des britischen Quantencomputersektors zu unterstützen und langfristig den Meilenstein zu erreichen, Quantenvorteile zu demonstrieren“, sagt Simon Plant, stellvertretender Innovationsdirektor beim NQCC . „Die Stärke der Resonanz aus der Community bestätigt unsere ursprüngliche Vision für das NQCC, die darin bestand, dass es einen Ort bieten sollte, an dem Menschen zusammenkommen, um Quantencomputer zu bauen, zu testen und zu betreiben.“
Die ursprüngliche Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen, die in Zusammenarbeit mit Innovate UK im Rahmen der Small Business Research Initiative (SBRI) durchgeführt wurde, bot Unternehmen die Flexibilität, ihre Systeme überall im Vereinigten Königreich zu bauen, aber alle erfolgreichen Angebote entschieden sich für die Installation ihrer Testumgebungen in den Einrichtungen des NQCC auf dem Harwell Campus. Da der Großteil der Projektarbeit im Vereinigten Königreich stattfindet, wird ein weiteres wichtiges Ergebnis des Programms darin bestehen, die lokalen Lieferketten für eine Reihe von Quantentechnologien zu stärken und sicherzustellen, dass jede der Hardwareplattformen im Vereinigten Königreich weiterentwickelt und hergestellt werden kann.
Die Kraft der Gemeinschaft
In der ersten Bauphase werden die Projekte als eigenständige Verträge ausgeführt, während die Systeme installiert und in Betrieb genommen werden. Für Unternehmen mit Hauptsitz im Ausland, wie etwa die US-Firmen Rigetti, QuEra und Infleqtion, bietet die Einrichtung von Arbeitsmaschinen im Vereinigten Königreich eine wertvolle Gelegenheit, enger mit der lebendigen Quantengemeinschaft des Vereinigten Königreichs zusammenzuarbeiten, Zugang zu lokalem Fachwissen zu erhalten und die Tür für zukünftige Kooperationen mit der Industrie zu öffnen die strengere Anforderungen an die Datensicherheit an Land stellen.
Tatsächlich wird das NQCC in vielerlei Hinsicht als wertvoller erster Kunde für die Quantenmaschinen im Frühstadium fungieren, die von den sieben Quantenhardware-Unternehmen entwickelt werden. „Wir versuchen, ein Umfeld zu schaffen, in dem Hardware-Unternehmen wachsen und gedeihen können“, sagt Elham Kashefi, leitender Wissenschaftler des NQCC und Direktor des Quantum Software Lab an der University of Edinburgh. „Das NQCC ist in der einzigartigen Lage, Hardwareplattformen im Frühstadium in Betrieb zu nehmen und eine kollaborative Landschaft zu schaffen, die den IP-Schutz für jede Organisation gewährleistet, die sich engagieren möchte.“
Während Quantenhardware-Unternehmen in vielen Fällen weitgehend isoliert am Aufbau ihrer Hardwareplattformen gearbeitet haben, deutet das große Interesse an der Förderaufforderung darauf hin, dass diese kommerziellen Organisationen die Vorteile der Installation ihrer Systeme in der sicheren und vertrauenswürdigen Umgebung eines nationalen Labors erkennen können. „Aus den jüngsten Entwicklungen auf diesem Gebiet wissen wir, dass Quantenentwickler skalierbarere Lösungen entwickeln können, indem sie die zugrunde liegende Qubit-Architektur auf dem Weg zur Fehlertoleranz verstehen und optimieren“, sagt Plant. „Die Testbed-Initiative wird dazu beitragen, weitere Innovationen in Richtung dieses Ziels anzuregen, einschließlich der Integration von Fehlerkorrekturen in einige der Systeme. Es ist eine Gelegenheit für eine Kohorte von Technologieanbietern, eine Reihe verschiedener Ansätze zu testen und gemeinsam mit dem NQCC zu verstehen, wie diese Innovationen zu einer verbesserten Rechenleistung führen können.“
Obwohl es schon früh Erfolge bei der Etablierung unterschiedlicher Qubit-Architekturen gab, stehen nun alle bei der Skalierung ihrer Technologien vor den gleichen Herausforderungen
Elham Kashefi, Chefwissenschaftler des NQCC und Direktor des Quantum Software Lab an der University of Edinburgh
Nach der Lieferung wird das NQCC die Leistung jedes Prüfstands testen und bewerten, was den Weg für zukünftige Gemeinschaftsprojekte ebnen könnte, die sich sowohl auf die Hardware- als auch auf die Softwareentwicklung erstrecken. Tatsächlich hat das NQCC bereits mit Organisationen aus Wissenschaft, Industrie und Regierung zusammengearbeitet, um Anwendungsfälle für neue Quantencomputer zu entwickeln und die Engpässe zu identifizieren, die überwunden werden müssen, um die Entwicklung und Einführung dieser transformativen Technologie zu beschleunigen.
„Wir haben durch unser SparQ-Programm eine Gruppe von Quanten-Superusern geschaffen, die daran interessiert sind, die Vorteile des Quantencomputings für ihre spezifischen Anwendungsfälle und Geschäftsmodelle zu erkunden“, kommentiert Plant. „Unser Ziel ist es, eine Zusammenarbeit zwischen diesen Early Adopters, zu denen das NQCC und das Quantum Software Lab gehören, und den Hardwareentwicklern zu schaffen, die diese Quantentestumgebungen bauen werden.“
Unterschiedliche Ansätze für unterschiedliche Probleme
Ein Hauptaugenmerk dieser künftigen Zusammenarbeit wird darauf liegen, die einzigartigen Fähigkeiten verschiedener Hardware-Ansätze zu verstehen, was dabei helfen wird, neue Strategien für den Aufbau von Full-Stack-Quantencomputern zu finden, die einen nachweisbaren Leistungsvorteil gegenüber klassischen Maschinen bieten können. „Obwohl es schon früh Erfolge bei der Etablierung unterschiedlicher Qubit-Architekturen gab, stehen nun alle vor den gleichen Herausforderungen, während sie an der Skalierung ihrer Technologien arbeiten“, erklärt Kashefi. „Ein detailliertes Verständnis dieser Geräte wird es Softwarespezialisten wie mir ermöglichen, die Hardwarebeschränkungen zu berücksichtigen und Hardwareentwicklern dabei zu helfen, die besten Konnektivitäten zur Unterstützung des neuesten Fehlerkorrekturcodes oder zur Ausführung eines bestimmten Algorithmus zu ermitteln.“
Die Verfügbarkeit von Testbeds wird auch einen experimentellen Rahmen für die laufenden Bemühungen zur Entwicklung von Methoden zum Testen und Validieren der Leistung von Quantencomputern bieten, insbesondere um zu verstehen, welche Metriken zur Bewertung der Leistung jeder Hardwareplattform verwendet werden sollten. Tatsächlich arbeitet das NQCC bereits mit dem National Physical Laboratory an einem Pilotprojekt zur Schaffung eines britischen Netzwerks für Quantenstandards, das die Entwicklung unabhängiger Test- und Bewertungsprotokolle für verschiedene Quantentechnologien erfordert.
Auf der Anwendungsebene hilft die Möglichkeit, Quantenalgorithmen auf verschiedenen Hardwarearchitekturen auszuführen, dabei, zu klären, welche Architektur den größten Vorteil für die Lösung eines bestimmten Problemtyps bietet. „Schon jetzt zeichnet sich ab, dass nicht alle Hardwareplattformen für jede Anwendung geeignet sind“, sagt Kashefi. „Das Wissen, das wir durch diese Quantentestumgebungen gewinnen möchten, wird der gesamten Community dabei helfen herauszufinden, welche Anwendungen am meisten von den Konnektivitäten und Modalitäten profitieren, die die einzelnen Testumgebungen bieten.“
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- Quelle: https://physicsworld.com/a/quantum-testbeds-provide-gateway-to-large-scale-quantum-computing/
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