Atos präsentiert mit Q-score ein universelles Tool zur Bewertung von Quantencomputer-Leistung

Atos führt mit dem sogenannten Q-score die erste universelle Metrik für Quantencomputer ein, die auf alle programmierbaren Quantenprozessoren anwendbar ist. Der Q-Score von Atos misst die Effektivität eines Quantensystems bei praxisnahen Problemlösungen, an denen herkömmliche Computer scheitern – anstatt einfach nur die theoretische Leistung zu betrachten. Der Q-Score bekräftigt das Engagement von Atos, frühzeitig konkrete Vorteile aus dem Quantencomputing zu ziehen. In den letzten fünf Jahren ist Atos durch die Teilnahme an industriellen und akademischen Partnerschaften sowie geförderten Projekten zu einem Pionier im Bereich der Quantenanwendungen avanciert. Dabei arbeitet Atos eng mit der Industrie an der Entwicklung von Anwendungsfällen, die sich mithilfe von Quantencomputern beschleunigen lassen.

„Inzwischen hat sich Vielzahl von Prozessortechnologien und Programmieransätzen herausgebildet. Wenn Organisationen in Quantencomputing investieren wollen, benötigen sie eine zuverlässige Metrik, um den für sie effizientesten Weg zu wählen. Da der Q-Score hardware-unabhängig ist, ist er eine objektive, einfache, faire – und vor allem verlässliche – Messgröße“, sagt Elie Girard, CEO von Atos. „Seit dem Start von Atos Quantum im Jahr 2016, dem ersten industriellen Quantencomputerprogramm in Europa, ist unser Ziel das gleiche geblieben: die Entwicklung von Industrie- und Forschungsanwendungen voranzutreiben und den Weg zur Quantenüberlegenheit zu ebnen.“

Was misst der Q-score?

Heute ist die Anzahl der Qubits, der Recheneinheit von Quantencomputern, die gebräuchlichste Kennzahl zur Leistungsbewertung eines Quantensystems. Qubits sind jedoch flüchtig und unterscheiden sich in ihrer Qualität (etwa hinsichtlich Geschwindigkeit, Stabilität oder Konnektivität) von Quantentechnologie zu Quantentechnologie (Ionenfallen, Silizium, Photonik und viele mehr) sehr stark, was sie zu einem ungeeigneten Vergleichswerkzeug macht. Indem sich Atos Q-score auf die Fähigkeit konzentriert, bekannte kombinatorische Optimierungsprobleme zu lösen, wird es Forschungszentren, Universitäten, Unternehmen und Technologieführer mit expliziten, zuverlässigen, objektiven und vergleichbaren Ergebnissen bei der Lösung praxisnaher Optimierungsprobleme versorgen.

Q-score misst die tatsächliche Leistung von Quantenprozessoren bei der Lösung eines Optimierungsproblems, was repräsentativ für das bevorstehende Quantencomputing-Zeitalter (NISQ – Noisy Intermediate Scale Quantum) ist. Um einen Bezugsrahmen zum Vergleich von Leistungsbewertungen zu bieten und Einheitlichkeit zu gewährleisten, stützt sich Q-score auf ein kombinatorisches Standard-Optimierungsproblem, das für alle Bewertungen gleich ist. Hierbei handelt es um das Max-Cut-Problem, ähnlich des bekannten Travelling Salesman Problems (TSP) – siehe unten). Der Score wird auf Grundlage der maximalen Anzahl an Variablen innerhalb eines solchen Problems berechnet, die eine Quantentechnologie optimieren kann (zum Beispiel: 23 Variablen = 23 Q-score, oder Qs).

Atos wird jedes Jahr eine Liste der leistungsfähigsten Quantenprozessoren der Welt veröffentlichen, basierend auf deren Q-score. Der erste Bericht ist 2021 fällig und wird konkrete Selbstbewertungen der Hersteller enthalten.

Q-score basiert auf einem Open-Access-Softwarepaket und baut auf drei Säulen auf:

  • Anwendungsgesteuert: Q-score ist das einzige Messsystem, das auf in naher Zukunft verfügbaren Quantenalgorithmen basiert und die Fähigkeit eines Quantensystems misst, praktische betriebliche Probleme zu lösen;
  • Offenheit und Benutzerfreundlichkeit: Q-score ist universell und kostenlos und profitiert von dem technologieneutralen Ansatz von Atos. Sein Softwarepaket, einschließlich Tools und Methodik, erfordert keine große Rechenleistung, um die Metriken zu berechnen;
  • Objektivität und Zuverlässigkeit: Atos kombiniert einen hardware- und technologie-agnostischen Ansatz mit starker Expertise im Entwurf und der Optimierung von Algorithmen, die das Unternehmen in Zusammenarbeit mit großen Industriekunden und Technologieführern im Quantenbereich aufgebaut hat. Die Q-score-Methodik wird veröffentlicht und zur Bewertung freigegeben.

 

Ein kostenloses Software-Kit, mit dem sich Q-score auf jedem Prozessor ausführen lässt, wird im 1. Quartal 2021 verfügbar sein. Atos lädt alle Hersteller ein, Q-score auf ihrer Technologie laufen zu lassen und ihre Ergebnisse zu veröffentlichen.

Dank der fortschrittlichen Qubit-Simulationsfähigkeiten der Atos Quantum Learning Machine (Atos QLM), eines leistungsstarken Quantensimulators, ist Atos in der Lage, Q-score-Schätzungen für verschiedene Plattformen zu berechnen. Diese Schätzungen berücksichtigen die Eigenschaften, die die Hersteller öffentlich zur Verfügung stellen. Zwar bewegen sich die Ergebnisse um einen Q-score von 15 Qs, aber der Fortschritt ist schnell: Vor einem Jahr lag der geschätzte durchschnittliche Q-score im Bereich von 10 Qs, und in einem Jahr wird ein geschätzter durchschnittlicher Q-score von über 20 Qs erwartet.

Der Q-score ist vom Atos Quantum Advisory Board, einer Gruppe internationaler Experten, Mathematiker und Physiker auf ihrem Gebiet, die am 4. Dezember 2020 tagte, überprüft worden.

Q-score anhand des Travelling Salesman Problems (TSP) verstehen

Die aktuell vielversprechendste Anwendung des Quantencomputers ist die Lösung großer kombinatorischer Optimierungsprobleme. Beispiele für solche Probleme sind das berühmte TSP-Problem und das weniger bekannte, aber ebenso bedeutende Max-Cut-Problem.

Die Problemstellung: Ein Reisender muss eine Anzahl von N Städten in einem Rundkurs besuchen, wobei die Entfernungen zwischen allen Städten bekannt sind und jede Stadt nur einmal besucht werden sollte. Was ist die absolut kürzeste mögliche Route, so dass er jede Stadt genau einmal besucht und in die Ausgangsstadt zurückkehrt?

Dieses scheinbar einfache Problem wird recht komplex, wenn es darum geht, eine definitive, perfekte Antwort unter Berücksichtigung einer zunehmenden Anzahl von N Variablen zu geben. Max-Cut hingegen ist ein allgemeineres Problem mit einer breiten Palette von Anwendungen, zum Beispiel bei der Optimierung von elektronischen Platinen oder der Positionierung von 5G-Antennen.

Q-score bewertet die Fähigkeit eines Quantenprozessors, diese kombinatorischen Probleme zu lösen.

Q-score, Quantenleistung und Quantenüberlegenheit

Während die weltweit leistungsstärksten Hochleistungsrechner, die in naher Zukunft auf den Markt kommen werden (sogenannte Exascale-HPC), einen äquivalenten Q-score von fast 60 erreichen würden, schätzen wir heute nach öffentlichen Daten, dass die beste Quantum Processing Unit (QPU) einen Q-Wert von etwa 15 Qs erreicht. Angesichts der jüngsten Fortschritte erwarten wir, dass die Quantenleistung im kommenden Jahr Q-Werte über 20 Qs erreichen wird.

Q-score lässt sich für QPUs mit mehr als 200 Qbits messen. Daher wird er die ideale Metrik bleiben, um Quantenüberlegenheit zu identifizieren und zu messen. Definiert wird er als die Fähigkeit von Quantentechnologien, ein Optimierungsproblem zu lösen, das klassische Technologien nicht zum gleichen Zeitpunkt lösen können.

Atos erwartet demnach, dass die Quantenüberlegenheit im Fall von Optimierungsproblemen bei über 60 Qs erreicht ist.

Das Engagement von Atos zur Förderung von Industrieanwendungen des Quantencomputings

Das Jahr 2020 stellt einen Wendepunkt im Quantenwettlauf dar: Erstmals lassen sich reale Probleme und Anwendungen identifizieren, die auf der klassischen Ebene nicht zu lösen, aber in der Quantenwelt möglich sind. Wie bei jeder bahnbrechenden Technologie ist es ein wichtiger Schritt zu Überzeugung, Akzeptanz und Erfolg, die damit verbundenen Anwendungen (sowie die notwendigen ethischen Grenzen) zu betrachten. Genau darin sieht Atos seine Hauptrolle.

Mithilfe der Atos QLM und der Expertise von Atos in der Algorithmenentwicklung koordiniert das Unternehmen das europäische Projekt NEASQC (Next Applications of Quantum Computing), eines der ehrgeizigsten Projekte zur Förderung zukunftsnaher Quantenanwendungen, mit denen Quantenüberlegenheit demonstriert werden soll. NEASQC bringt Akademiker und Hersteller zusammen, angetrieben durch die Beschleunigung von Geschäftsanwendungen mittels Quantentechnologie. Diese Anwendungen werden durch die Veröffentlichung des ersten NISQ-Beschleunigers von Atos im Jahr 2023, der Qubits in eine HPC-Architektur integriert, weiter unterstützt.

Nachfolgend einige Beispiele solcher Anwendungen von NEASQC-Industriepartnern, die durch Quantencomputing beschleunigt werden könnten:

 

  • Kohlendioxidabscheidung mit Total: Untersuchung der CO2-Abscheidung, damit die Forscher mithilfe von Informationen über die Wechselwirkungen zwischen Molekülen die Adsorption (Kohlenstoffabscheidung) verstehen, simulieren und optimieren können;
  • Intelligentes Laden mit EDF: Optimierung des Ladevorgangs von Elektroautos an Schnellladestationen, um Warteschlangen zu vermeiden und bei großen Flotten Zeit und Geld zu sparen;
  • Quantum-Monte-Carlo mit HSBC: Entwicklung effizienter Algorithmen, die Monte-Carlo-Techniken für nahe Quantencomputer entweder ersetzen oder neu definieren könnten; dadurch ließe sich die Effizienz von derivativen Preisfestsetzungs- oder Risikomanagementmodellen erheblich steigern;
  • Regelbasiertes Quantensystem mit CESGA: Aufbau eines regelbasierten Systems, das ein spezifisches Problem mit einer großen Anzahl von Daten und Regeln löst, um eine bestimmte Art von Brustkrebs, das so genannte invasive duktale Karzinom, zu diagnostizieren und zu behandeln.

Um mehr über NEASQC sowie diese und weitere Anwendungsfälle zu erfahren, besuchen Sie https://neasqc.eu/.

Bob Sorensen, Senior Vice President of Research, Chef-Analyst für Quanten-Computing bei Hyperion Research, LLC, sagt: „Mit seiner breit anerkannten Expertise im Supercomputing arbeitet Atos daran, den Anwendern von Quantencomputern frühe und greifbare rechnerische Vorteile bei verschiedenen Anwendungen zu verschaffen. Dabei baut das Unternehmen auf seinem Forschungs- und Entwicklungsprogramm Atos Quantum auf, um durch einen hybriden Quanten-Supercomputing-Ansatz baldige Ergebnisse zu erzielen. Die Einführung des Q-score ist ein wichtiger innovativer Schritt für Atos, der der Quantencomputing-Community eine Möglichkeit bietet, Fortschritte besser zu beurteilen. Hierzu konzentriert sich Atos auf Anwendungsfälle aus dem wirklichen Leben.“

Am Freitag, dem 4. Dezember 2020, wird das Unternehmen um 12 Uhr eine Pressekonferenz in englischer Sprache mit dem CEO Elie Girard und Cyril Allouche, Fellow, Leiter des Atos Quantum R&D Programms, abhalten, um den Q-score vorzustellen und Fragen der Presse zu beantworten. Mitglieder des Atos Quantum Advisory Board werden ebenfalls vertreten sein. Eine Aufzeichnung des Webcasts ist im Nachgang abrufbar. Journalisten können sich für die Pressekonferenz unter folgendem Link anmelden: https://quantum-press-conference-atos.aio-events.com/105/participation_form.

Über Atos

Atos ist ein weltweit führender Anbieter für die digitale Transformation mit 110.000 Mitarbeitern in 73 Ländern und einem Jahresumsatz von 12 Milliarden Euro. Als europäischer Marktführer für Cloud, Cybersecurity und High Performance Computing bietet die Atos Gruppe ganzheitliche Lösungen für Orchestrated Hybrid Cloud, Big Data, Business-Anwendungen und Digital Workplace. Der Konzern ist der weltweite Informationstechnologie-Partner der Olympischen und Paralympischen Spiele und firmiert unter den Marken Atos, Atos|Syntel und Unify. Atos ist eine SE (Societas Europaea) und an der Pariser Börse als eine der 40 führenden französischen Aktiengesellschaften (CAC40) notiert.

Das Ziel von Atos ist es, die Zukunft der Informationstechnologie mitzugestalten. Fachwissen und Services von Atos fördern Wissensentwicklung, Bildung sowie Forschung in einer multikulturellen Welt und tragen zu wissenschaftlicher und technologischer Exzellenz bei. Weltweit ermöglicht die Atos Gruppe ihren Kunden und Mitarbeitern sowie der Gesellschaft insgesamt, in einem sicheren Informationsraum nachhaltig zu leben, zu arbeiten und sich zu entwickeln.

Weitere Informationen finden Sie unter www.atos.net

Pressekontakt Atos:

Stefan Pieper, Tel.: +49 178 4686875, E-Mail: stefan.pieper@atos.net

Agenturkontakt Atos Deutschland:

Jan Gutheil, Akima Media, Tel.: +49 89 17 959 18 0, E-Mail: atos@akima.de