Bench-QC – Benchmarking von Quantencomputern: Leistungsvergleiche mit Anwendungsbezug

Der Einsatz von Quantencomputern birgt das Potenzial für revolutionäre Veränderungen in verschiedenen Bereichen der akademischen Forschung und industriellen Anwendung. Quantencomputer in ihrer optimalen Ausführung könnten zu Vorteilen bei der Lösung bestimmter Probleme, wie sie in der mathematischen Optimierung, im maschinellen Lernen oder bei der Simulation von Quantensystemen auftreten, führen. Die Weiterentwicklung von Hard- und Software der aktuell verfügbaren NISQ-devices („noisy intermediate-scale quantum“) bereitet den Weg zum idealen Quantencomputer.

Obwohl für einige Probleme Vorteile durch die Anwendung von Quantencomputern beweisbar sind, ist weiterhin ungeklärt, ob konkrete industrielle Fragestellungen und Anwendungsbereiche in naher Zukunft von Quantencomputern profitieren können. Daher ist es unerlässlich, eine umfassende Untersuchung des Potenzials von Quantencomputern im praktischen Einsatz durchzuführen und zukünftigen Anwendenden eine realistische Vorstellung von den Möglichkeiten der Technologie zu vermitteln. 

Benchmarking ist der Prozess eines Vergleichs, um Best Practices zu identifizieren, Verbesserungspotenziale aufzuzeigen und Leistungsstandards festzulegen. Im Rahmen des Projektes Bench-QC sollen Quantencomputer den klassischen Computern gegenübergestellt und die Fähigkeiten verglichen werden. Dazu entwickeln sechs Industrie- und Forschungspartner ein universelles Rahmenwerk, das Lösungsansätze mittels Quantencomputing für industrielle Anwendungen vergleichbar macht und zuverlässig einschätzt, wann sich Vorteile gegenüber konventionellen Lösungen entfalten könnten. 

In unserer Benchmarking-Methode werden unterschiedliche Lösungsansätze für verschiedene Beispiel-Use-Cases mit steigender Komplexität sowohl auf realen Quantencomputern als auch in Simulationen entwickelt. Diese werden mit den theoretischen Erwartungen und den klassischen Lösungen verglichen.

Dank der modularen Architektur ist es möglich, stets die aktuellsten Algorithmen und Hardwaregenerationen effizient anzubinden. Dadurch können kontinuierliche, systematische und automatisierte Evaluierungen stattfinden. Die Besonderheit liegt in der Ausrichtung des Benchmarking Frameworks auf industrierelevanten Anwendungen, für die Vergleichsmetriken erstellt werden.

Das Ergebnis hat gleichermaßen Relevanz für zwei Parteien: Die Hardwareentwicklung profitiert von dem gewonnenen Wissen über die Anforderungen, während industriell Anwendende identifizieren, wann der Einsatz von Quantencomputern lohnenswert sein könnte.

Ausgehend vom Use Case und der mathematischen Formulierung der Probleme werden Problemsequenzen steigender Komplexität konzipiert. Die im Projekt entwickelte Benchmarking Prozedur vergleicht die klassische Lösung mit der von Quantencomputern.

Mit internationaler Spitzenforschung für mikroelektronische und informationstechnische Systemlösungen verfügen wir über langjährige Erfahrung im Übertragen neuer algorithmischer Technologien in die Praxis. Unsere Kernkompetenzen liegen in den Bereichen mathematische Optimierung, Reinforcement Learning sowie optimierter Transpilation.

In der Benchmarking-Prozedur bringen wir umfassende Erfahrungen zur Definition von Komplexitäts- und Performancemetriken ein sowie Expertise in der Entwicklung von Quantenalgorithmen mit besonderem Fokus auf den Umgang und der Implementierung auf unterschiedlicher Quantencomputer-Hardware.

In der Zusammenarbeit mit sechs Projektpartnern aus Wissenschaft und Wirtschaft gewinnen wir mit Bench-QC einen ganzheitlichen Lösungsansatz, um die Vorteile von der Quantentechnologie in der Praxis zuverlässig einschätzen zu können. 

Projektpartner