Der steigende Bedarf an Rechenleistung bringt klassische Computer-Systeme schon länger an ihre Grenzen. Der Ansatz, mehrere gleichartige Prozessoren zusammenzuschließen, um im Cluster (HPC) eine höhere Leistung zu erzielen, wurde in den vergangenen Jahren bereits überarbeitet. Der neue Standard bei Supercomputern sind sogenannte heterogene Anlagen, in denen unterschiedlich spezialisierte Prozessoren und Co gemeinsam zum Einsatz kommen, um im Verbund möglichst effizient zu arbeiten. In so ein System integrierte die Uni Innsbruck nun gemeinsam mit dem Innsbrucker Spin-off AQT unter dem Projekttitel „HPQC“ erstmals einen Quantenrechner.

Einsatz u.a. für Chemie und Materialwissenschaften

„Mit dem Aufkommen von  Quantencomputern und ihren Möglichkeiten, bestimmte Probleme in der Chemie oder den Materialwissenschaften deutlich rascher zu lösen, als dies klassischerweise möglich ist, sind Quantenbeschleuniger für HPC-Rechner eine neue, sehr spannende Möglichkeit“, sagt dazu AQT-CEO Thomas Monz. Der Quantenphysiker ist zudem Assistenzprofessor an der Universität Innsbruck.

HPQC-System von AQT und Uni Innsbruck steht auch Partnern zu Verfügung

Das neue Hybrid-System werde bereits von Anwender:innen in Forschung und Industrie erprobt, heißt es in einer Aussendung. Partner, wie etwa eine Forschungsgruppe an der TU Wien oder das Wiener Unternehmen Math.tec können auf das HPQC-System zugreifen, um damit komplexe Berechnungen durchzuführen.

Große Erwartungen an HPQC

Die Erwartungen an das System mit dem laut AQT ersten derartig integrierbaren Quantencompter sind groß. Denn übliche HPC-Systeme würden zwar „eine erstaunliche Rechenleistung bieten, skalieren bestimmte Probleme in der Natur, insbesondere solche, die mit Hilfe der Quantenmechanik beschrieben werden müssen, so ungünstig, dass sie nur annähernd oder gar nicht lösbar sind“.

System soll bei Erforschung von Supraleitung, Stickstofffixierung und Kohlenstoffbindung helfen

Zu diesen Problemen würde etwa das Verständnis der Supraleitung bei Raumtemperatur gehören, „die – sobald sie technisch umsetzbar wird – voraussichtlich alle Bereiche der Elektronik revolutionieren wird“, so AQT. Weitere Anwendungen würden chemische Prozesse wie die Stickstofffixierung zur Entwicklung von kosten- und energieeffizienten Düngemitteln oder die Kohlenstoffbindung zur Bekämpfung des Klimawandels umfassen.

„Zusammenspiel kreativ ausloten, anpassen und erweitern“

Wiewohl das HPQC-System „das beste aus beiden Welten“ bieten würde, gebe es aktuell auch noch Herausforderungen, so AQT. Diese bestünden etwa darin, die Arbeitslast zwischen den beiden völlig unterschiedlichen  Berechnungsansätzen auszubalancieren. Sprich: Welcher Teil eines Berechnungsproblems wird am besten auf einem klassischen Computer bearbeitet, und an welchem Punkt sollte die Berechnung auf den Quantenprozessor übertragen werden? Die Schnittstellen würde es den Forscher:innen jedenfalls nun ermöglichen, „das Zusammenspiel zwischen klassischer und Quantenhardware kreativ auszuloten, anzupassen und zu erweitern“.

FFG-Förderung für AQT und Uni Innsbruck

Für das Projekt erhielten AQT und die Uni Innsbruck auch eine FFG-Förderung. „Die erfolgreiche Integration eines Quantencomputers in eine High-Performance-Computing-Umgebung markiert einen bedeutenden Meilenstein für die österreichische und europäische Forschung und Technologieentwicklung“, kommentiert FFG-Geschäftsführerin Henrietta Egerth. „Dieses Projekt demonstriert eindrucksvoll die Innovationskraft und den technologischen Vorsprung, den wir in unserem Land  erreichen können, und zeigt das enorme Potenzial und die Unabhängigkeit der EU bei Quantentechnologien.“