Fujitsu und der US-Bundesstaat New Mexico wollen ein neues Zentrum für Quantencomputing aufbauen. Die am 9. Oktober angekündigte Zusammenarbeit umfasst Hardware, Software, Algorithmen, theoretische Arbeit und Ausbildung. Im Mittelpunkt steht damit eine ganze technische Umgebung: Quantenrechner sollen mit klassischer Rechentechnik und den Menschen verbunden werden, die Experimente vorbereiten und auswerten. Fujitsu
Fujitsu verweist auf die Forschungseinrichtungen und Hochschulen des Bundesstaats. Möglichkeiten einer Zusammenarbeit mit Sandia, Los Alamos, der University of New Mexico und der New Mexico State University sollen erkundet werden. Eine bestehende Kooperation mit der letztgenannten Hochschule betrifft bereits die klassische MONAKA-Rechentechnik des Unternehmens.
Ein Quantenexperiment beginnt vor dem Quantenrechner
Für das Verständnis des Vorhabens hilft ein Blick auf den Ablauf. Zuerst muss eine Frage so formuliert werden, dass sie sich mit dem vorgesehenen Quantensystem bearbeiten lässt. Ein klassischer Rechner bereitet die Daten und die nötigen Operationen vor. Die Hardware führt diese Operationen aus; anschließend werden Messergebnisse gesammelt und ausgewertet.
Eine Messung liefert dabei nicht einfach eine vollständige Beschreibung aller inneren Zustände. Die Aufgabe muss so entworfen sein, dass die beobachtbaren Ergebnisse etwas über die ursprüngliche Frage aussagen. Deshalb spielen Algorithmen und Auswertung eine zentrale Rolle. Die Hardware ist ein Teil des Experiments, ihre sinnvolle Nutzung entsteht aus dem Zusammenspiel.
Auch Wiederholungen gehören dazu. Wenn Ergebnisse statistisch ausgewertet werden, brauchen Forschende einen geordneten Weg vom einzelnen Lauf zur Gesamtauswertung. Die klassische Rechentechnik verwaltet diesen Ablauf und macht Unterschiede zwischen Versuchen nachvollziehbar. Der angekündigte Schwerpunkt auf einem hybriden Umfeld passt zu genau dieser Arbeit.
Rechenleistung und Fachwissen am selben Ort
Ein Zentrum kann diese Aufgaben räumlich und organisatorisch zusammenbringen. Ein Hardwareteam kennt die Möglichkeiten des Geräts. Ein Softwareteam übersetzt die Forschungsfrage in eine Folge von Operationen. Fachleute aus einem Anwendungsgebiet entscheiden, welche Ergebnisse für ihre Arbeit interessant sind. Die Zusammenarbeit beginnt dort, wo diese Sichtweisen aufeinandertreffen.
Man kann sich eine Gruppe vorstellen, die ein kleines physikalisches Modell untersuchen möchte. Die erste Frage lautet, welche Größen das Modell beschreibt. Danach folgt die Entscheidung, welche davon im Quantensystem abgebildet werden. Erst anschließend werden Messungen geplant. Schon vor dem ersten Experiment ist deshalb viel gemeinsame Entwurfsarbeit nötig.
Ausbildung ist dabei mehr als eine Ergänzung. Wer einen neuen Versuchsablauf entwickelt, muss Ergebnisse erklären und die Methode an andere weitergeben können. Wiederholbare Abläufe helfen Studierenden ebenso wie Forschenden, die ein Gerät erstmals nutzen. Aus einzelnen erfolgreichen Versuchen kann so eine gemeinsam verwendbare Arbeitsweise entstehen.
150 Millionen Dollar betreffen das Ökosystem
In der Mitteilung nennt Fujitsu eine Zusage New Mexicos von 150 Millionen US-Dollar für die Entwicklung des dortigen Quanten-Ökosystems. Diese Summe bezieht sich auf die breitere Initiative des Bundesstaats. Sie ist nicht als Budget allein für das geplante Fujitsu-Zentrum ausgewiesen. Ankündigung und Finanzierungskontext
Für den Aufbau eines solchen Umfelds können verschiedene Dinge wichtig sein: passende Räume, verfügbare Rechentechnik, Ausbildung und die Zusammenarbeit mehrerer Einrichtungen. Ein gemeinsamer Standort kann Wege zwischen diesen Aufgaben verkürzen. Wie genau das neue Zentrum ausgestattet wird, ergibt sich aus der weiteren Ausarbeitung der Zusammenarbeit.
Für Europa ist die Nachricht vor allem als Beispiel für den Aufbau einer Forschungsinfrastruktur interessant. Der Wettbewerb um Quantencomputing umfasst Geräte, nutzbare Software und Fachkräfte. Ein Zentrum muss diese Teile so verbinden, dass neue Fragen bearbeitet und bestehende Abläufe weiterentwickelt werden können.
Ein gemeinsamer Ablauf erleichtert außerdem den Vergleich verschiedener Versuche. Werden Vorbereitung und Auswertung nachvollziehbar dokumentiert, kann ein anderes Team die gleichen Schritte verwenden und gezielt eine Änderung prüfen. Dadurch wird erkennbar, welcher Teil des Experiments zu einem neuen Ergebnis geführt hat. Für eine Forschungsinfrastruktur ist diese Wiederverwendbarkeit ein wichtiger praktischer Wert: Sie macht aus dem Zugang zu einem Gerät einen Zugang zu einer Methode.
Die angekündigte Partnerschaft setzt somit an einer praktischen Stelle an: Eine leistungsfähige Maschine benötigt eine Umgebung, in der Menschen sie sinnvoll einsetzen. Wer die Entwicklung des Zentrums verfolgt, sollte neben der Hardware deshalb auch auf Ausbildungsangebote, zugängliche Werkzeuge und die konkreten gemeinsamen Forschungsprogramme achten.
Quellen
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