Ihre Ergebnisse haben sie nun im Rahmen eines Workshop-Papers für die IEEE GLOBECOM 2020 Konferenz in Taiwan vorgestellt. Das Paper, welches vom Programm-Komitee kürzlich akzeptiert wurde, definiert somit Konzepte, die möglicherweise einen wesentlichen Beitrag in Richtung der Steigerung der Zuverlässigkeit von zukünftigen Quantencomputern dar.

Bislang traf »Moores Law« relativ genau zu: Der amerikanische Unternehmer Gordon Moore sagte 1975 voraus, die Zahl der Transistoren auf Computerchips würde jährlich um 40 Prozent zunehmen – und diese würden damit immer leistungsfähiger werden. Da die Transistoren inzwischen aber derartig klein geworden sind, geht man davon aus, dass man bereits 2025 an die physikalischen Grenzen stößt. Für die zunehmend vernetzte Welt sind jedoch immer leistungsstärkere Computersysteme notwendig – klassische Systeme können den Wachstumsansprüchen in rund fünf Jahren aber wohl nicht mehr gerecht werden. Der derzeit vielversprechendste Ansatz sind Quantencomputer, die theoretisch viele neue Möglichkeiten eröffnen könnten. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass die neuen Quantencomputer derzeit noch extrem unzuverlässig sind.

Quanten-Computing ist nicht, wie von vielen angenommen, reine Zukunftsmusik: Bereits heute gibt es eine Reihe realer Quantencomputer. Forschende können aus der Distanz mittels Cloud-Computing auf die unterschiedlich leistungsstarken Quantenrechner der verschiedenen Hersteller zugreifen. Immer wieder wird in Versuchsreihen allerdings festgestellt, dass die Quantencomputer derzeit noch sehr stark variierende Ergebnisse liefern. So unterschieden sich die Ergebnisse der gleichen Berechnungen beispielsweise nach der Tageszeit, zu der die Eingabe erfolgte.

Die Ursache hierfür ist die Rechenart der Quantencomputer: Während klassische Computer mit BITs arbeiten, die, wie auch Laien bekannt sein dürfte, deterministisch einen Wert von 0 oder 1 annehmen können, kommen beim Quanten-Computing sogenannte QUBITs zum Einsatz, deren Zustand stattdessen während des Berechnungsprozesses nur mit Wahrscheinlichkeiten für einen Wert 0 oder 1 beschrieben werden kann. Der Zustand der QUBITs kann zwar nach der Berechnung tatsächlich deterministisch ausgelesen werden. Allerdings wird der Zustand wohl auch durch die unmittelbar zuvor durchgeführten Berechnungen beeinflusst – mit dem Ergebnis, dass starke Variationen der ausgegebenen Resultate entstehen können. Insbesondere ist die beobachtete Problematik auf die weiter bestehende Fehleranfälligkeit und Instabilität der QUBITs zurück zu führen, die bei der künftig steigenden Zahl eingesetzter QUBITs noch zunehmen wird. Diese Eigenschaften der QUBITs werden auch in der kommenden NISQ-Era (Noisy Intermediate-Scale Quantum) ein Thema bleiben, da erwartet wird, dass extrem intensive Quantum-Berechnungen auf einer fehleranfälligen QUBIT Infrastruktur durchgeführt werden.

Mit der Anpassung des bereits etablierten DevOps-Zyklus Ansatz unternehmen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von FOKUS nun den Versuch, das Quanten-Computing zu stabilisieren. Im Rahmen des oben genannten Workshop Papers für die IEEE GLOBECOM 2020 in Taiwan, stellen sie die Anpassung des ursprünglichen DevOps Konzepts vor. Die Besonderheit beim Quantum DevOps Ansatz besteht darin, dass bereits während des Programmierens eine Evaluation und ein Test der Plattform stattfindet. Weiterhin werden vor einer umfangreichen anstehenden Berechnung die aktuelle Fehleranfälligkeit und Stabilität der verfügbaren Quantum-Recheninstanzen – üblicherweise erreichbar über die Cloud – evaluiert und anschließend die am besten geeignete Instanz ausgewählt und die Berechnung angestoßen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Quantum-Recheninstanz eingesetzt wird, die zum aktuellen Zeitpunkt die besten Ergebnisse für die verwendeten Algorithmen verspricht. Bereits in den kommenden Monaten werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von FOKUS Experimente durchführen, um die erwarteten positiven Auswirkungen der neuen Lösung hoffentlich auch in der Praxis nachweisen zu können.