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Quantensoftware für morgen
„Wenn der große Durchbruch kommt, wollen wir bereit sein“, sagt Professorin Ina Schaefer vom Institut für Informationssicherheit und Verlässlichkeit (KASTEL) des KIT. Quantencomputer gelten als Hoffnungsträger für besonders komplexe Aufgaben – etwa in der Materialforschung oder bei der Optimierung von Lieferketten. Doch bislang sind sie kaum mehr als empfindliche Laborexperimente. Das Hauptproblem ist die fehlende Praxistauglichkeit. Aktuelle Geräte der großen Tech-Firmen haben weniger Rechenpower als ein Taschenrechner, sind störanfällig und liefern oft unzuverlässige Ergebnisse.
Warum Software ohne Hardware Sinn ergibt
Trotzdem lohnt sich die Softwareentwicklung: „Wir simulieren Quantencomputer auf klassischen Rechnern und testen unsere Programme an kleinen Beispielen“, sagt Domenik Eichhorn ebenfalls vom KASTEL. Der Informatiker verweist auf die sogenannte Softwarekrise der 1960er-Jahre. „Damals gab es plötzlich leistungsfähige Computer, aber kaum brauchbare Programme, um sie auch
einzusetzen. Das wollen wir dieses Mal vermeiden“, so Eichhorn.
Programmieren wie in der Computerfrühgeschichte
Es gibt auch schon spezielle Programmiersprachen wie Qiskit oder Q#. „Sie funktionieren ähnlich wie frühe Computersprachen sehr nah an der Hardware“, sagt der Informatiker. Das bedeutet: Wer damit programmiert, muss genau wissen, wie einzelne Rechenschritte im Inneren des Quantencomputers ablaufen. Funktionen wie automatische Fehlerkorrektur oder grafische Benutzeroberflächen, die bei modernen Programmiersprachen üblich sind, fehlen bislang. „Das ähnelt der Frühzeit klassischer Computer in den 1950er-Jahren“, sagt Eichhorn. „Damals mussten Programmierende noch mit Lochkarten oder sehr einfachen Sprachen wie Assembler arbeiten, die direkt mit dem Prozessor kommunizieren. So ähnlich ist es heute bei Quantencomputern, nur dass die zugrunde liegende Technologie deutlich anspruchsvoller ist.“
Was Quantencomputer besonders macht
Quantencomputer arbeiten nicht mit Bits, sondern mit Qubits. Diese können dank quantenmechanischer Effekte wie Superposition und Verschränkung mehrere Zustände gleichzeitig annehmen. Das ermöglicht theoretisch eine enorme Rechenleistung. Die Herausforderung: „Man muss Algorithmen entwickeln, die mit Wahrscheinlichkeiten arbeiten und trotzdem verlässliche Ergebnisse liefern“, erklärt Eichhorn.
Forschung im Verbund: KIT und Partner entwickeln Quanten-Software
Um den künftigen Einsatz von Quantencomputern in der Praxis vorzubereiten, bündeln das Quanten Schwerpunktprogramm „Quantum Software, Algorithms, and Systems“, das am 1. September startet, und das Projekt QuSol Forschungsaktivitäten aus Wissenschaft und Industrie. Forschende am KIT konzentrieren sich in diesen Initiativen auf die Entwicklung anwendungsorientierter Software und schaffen Grundlagen für spätere Anwendungen in Bereichen wie Logistik, Materialforschung oder Kryptografie. Das Programm fördern die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und QuSol vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR).
Weitere Informationen:
Zum Schwerpunktprogramm: https://www.spp2514.kit.edu/
Zum Projekt QuSol: https://www.qusol.kit.edu/
https://www.spp2514.kit.edu/ Zum Schwerpunktprogramm:
http://www.qusol.kit.edu/ Zum Projekt QuSol:
Die Forschenden des KIT nutzen HoreKa, den Hochleistungsrechner Karlsruhe, um Quantencomputer zu sim ...
Source: Amadeus Bramsiepe, KIT
Copyright: Die Forschenden des KIT nutzen HoreKa, den Hochleistungsrechner Karlsruhe, um Programme für künftige Quantencomputer zu testen.
Criteria of this press release:
Journalists
Information technology
transregional, national
Research projects
German
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