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Auch wenn sich Quantencomputing immer schneller entwickelt, ist die Technologie noch weit von einer Mainstream-Verbreitung entfernt. Dafür gibt es mehrere Gründe – physikalische und technische Komplexität, Kosten und die relativ jungen Implementierungen sind einige davon. Es gibt Computerumgebungen, die die Fackel für die Komplexität der sogenannten klassischen Systeme getragen haben: High-Performance Computing (HPC), die Domäne der Rechenzentren und Supercomputer der Welt. Dort scheint auch die erste Grenze für Quanten zu liegen.
Pawseys Supercomputing Research Centre in Australien hat die weltweit erste Installation eines Quantum Computing Processors (QPU) in einer HPC-First-Umgebung beansprucht. Basierend auf den diamantbasierten Qubits von Quantum Brilliance wurde die Partnerschaft so konzipiert, dass sie die Paarung von Quanten- und klassischen Systemen durch eine hybride Forschungsumgebung verbessert. Die Integration wurde durch die Tatsache erleichtert, dass die QPU von Quantum Brilliance bei Raumtemperatur betrieben werden kann – etwas, was andere Qubit-Typen, wie beispielsweise IBMs eigene supraleitende Transmon-Qubits, nicht können.
In München, Deutschland, verfügt das Leibniz Supercomputing Center bereits über einen Quantencomputing-Hub, der sich auf die Entwicklung von Algorithmen und Werkzeugen konzentriert, die über seine Future Computing-Initiative eine Brücke zwischen dem Quantenbereich und dem klassischen Bereich schlagen können. Der Hub integriert derzeit einen der Lieblinge des KI-Beschleunigers, die Wafer Scale Engine (CS-2) von Cerebras. Weiter oben in der Welt hat die britische Regierung kürzlich auch tauchte seine institutionellen Zehen in die Welt der QuantenErwerb eines auf Photonik basierenden Quantencomputersystems von Orca-Computing.
Ein weiterer KI-Forward-Chipdesigner, Ampere, ist ebenfalls eine HPC-Integrationspartnerschaft mit Rigetti eingegangen, das supraleitende Qubit-basierte QPUs herstellt.
Die Überempfindlichkeit von Quantencomputern gegenüber ihrer Umgebung hat auch dazu geführt, dass die meisten heute verfügbaren Quantenverarbeitungsangebote nur über eine Cloud-fähige Umgebung zugänglich sind. Dadurch können Quantensysteme physisch in den Spezialinstallationen ihrer Designer untergebracht werden, während gleichzeitig ein Fernzugriff ermöglicht wird. QPUs wie Xanadus rekordverdächtig Borealis werden über die Cloud-Umgebung des Unternehmens bereitgestellt. Derselbe Prozess gilt für IBMs Quiskit und Nvidias softwarebasierte Quantensimulationsplattform cuQuantum. Diese stehen als Beispiele für Cloud-zugängliche Quantencomputing-Simulatoren, die Forschern weltweit heute zur Verfügung stehen – wobei die einzige Voraussetzung eine aktive Internetverbindung ist.
Amazon, das seine eigenen Cloud-basierten Supercomputing-Dienste anbietet, hat sein Angebot durch Partnerschaften mit einer Reihe von Quanten-Forward-Unternehmen auch auf den Bereich der Quantencomputer ausgeweitet. Beispielsweise bietet Amazon Braket Kunden Cloud-Zugriff auf verschiedene Quantentopologien: Quantenglühsysteme von D-Wave, Ionenfallen-Quantenprozessoren von IonQ und supraleitende Qubit-Systeme von Rigetti und wieder IonQ.
Phillipe Notton, CEO von SiPearl, sieht die Zukunft von QPUs als Co-Prozessoren für die CPU- und GPU-Beschleuniger des klassischen Computing. Das in Frankreich ansässige Unternehmen gilt als einer der führenden Chiphersteller für europäische Exascale-Systeme und entwickelt derzeit seine Arm-basierten Rhea-CPUs für eine Integration bereits im Jahr 2023. Klassische Systeme werden laut Notton ein unverzichtbarer Bestandteil von Quantum sein und als Vermittler dienen für Quantenbeschleuniger.
Es wird lange Entwicklungszeiten dauern, bis Mainstream-Quantencomputing-Lösungen verfügbar gemacht werden – und einige werden es vielleicht nie sein – in einer Art und Weise von der Stange. Bis dahin sind die sicheren, hochmodernen Infrastruktur-, Kühlungs- und Stromversorgungsdesigns der HPC-Zentren wesentliche Elemente, um den Zugang zum Quantencomputing zu ermöglichen und zu demokratisieren.
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