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Quantenentwickler können viel Zeit darauf verwenden, Schaltungskomponenten zusammenzustellen und Algorithmen an verschiedene Rechenumgebungen anzupassen. Am 15. Sept. veröffentlichte Fujitsu OpenQARP, das Open Quantum Application Research Package, unter der Apache-Lizenz 2.0. Fujitsu zufolge reduzierte das Toolkit den benötigten Python-Quellcode für die Implementierung eines Algorithmus von etwa 130 Zeilen auf weniger als 40 – eine Verringerung um rund 70 %. Für Entwickler und Quanten-Teams in Unternehmen könnte dies eine schnellere Anwendungsentwicklung über Simulatoren und unterstützte Quantenhardware hinweg ermöglichen.
Die Veröffentlichung als Open Source könnte Fujitsu außerdem dabei helfen, Entwickler für sein umfassenderes Quanten-Softwareökosystem zu gewinnen, bevor sich konkurrierende Frameworks fest etablieren.
Was Fujitsu veröffentlicht hat
OpenQARP ist ein Python-Paket, das um drei Konzepte herum organisiert ist: Blöcke, Primitive und Engines. Fujitsu beschreibt Blöcke als wiederverwendbare Schaltungskomponenten, Primitive als übergeordnete Rechenoperationen und Engines als Ausführungsebene, die Anwendungen mit unterstützten Backends verbindet. Zusammengenommen ermöglichen sie es Forschern, ein Problem zu beschreiben und dafür eine Schaltung zu erstellen. Diese Schaltung kann anschließend auf einem Simulator ausgeführt oder für echte Hardware kompiliert werden, ohne die Logik jedes Mal neu schreiben zu müssen.
Das Paket wird mit mehr als 100 Komponenten ausgeliefert: über 70 wiederverwendbaren Bausteinen und mehr als 20 sofort ausführbaren Algorithmen. Einer davon ist der Adaptive Derivative-Assembled Pseudo-Trotter Variational Quantum Eigensolver, kurz ADAPT-VQE. ADAPT-VQE ist der Algorithmus hinter dem Vergleich von 130 zu 40 Zeilen. Er lässt sich mit einem einzigen pip-Befehl installieren und unterstützt Python 3,11 bis 3,14. Der Quellcode und eine technische Abhandlung, in der das Framework beschrieben wird sind jetzt beide öffentlich zugänglich.
Detail | Abbildung |
|---|---|
| Lizenz | Apache-Lizenz 2.0 |
| Gesamtzahl der Komponenten | 100+ (70+ Bausteine, 20+ Algorithmen) |
| Organisationen mit frühzeitigem Zugang | 80+ Organisationen |
| ADAPT-VQE-Code, vorher und nachher | ~130 Zeilen Python gegenüber weniger als 40 |
| Unterstützte Backends | Standard-PCs, Nvidia CUDA-Q, Fujitsus 40-Qubit-Simulator |
Seit Februar im Stillen getestet
Das Quanten-Toolkit wurde nicht ohne Vorlauf veröffentlicht. Fujitsu führte im Rahmen seiner Quantum Simulator Challenge ab Februar eine private Betaphase durch. Mehr als 80 externe Organisationen erhielten Zugriff auf den 40-Qubit-Zustandsvektor-Simulator, um die Software vor der Veröffentlichung zu testen. Fujitsu zufolge kann das Paket Schaltungen für echte Quantenhardware unter Verwendung gerätespezifischer Routing- und Rauschdaten vorbereiten.
Teil einer größeren Softwareoffensive
Das Framework läuft nativ auf Nvidias CUDA-Q-Plattform, der Softwareschicht, die Nvidia zur Programmierung hybrider Quanten-Klassik-Systeme entwickelt hat. Damit reiht es sich in eine Welle staatlich unterstützter Investitionen ein, die sich größtenteils auf Hardware konzentrieren. Softwarewerkzeuge haben vergleichsweise weniger Aufmerksamkeit erhalten. Sam Stanwyck, Nvidias Direktor für Quantenprodukte, sagte in von The Quantum Insider wiedergegebenen Äußerungen, dass offene Werkzeuge wie dieses den Übergang von der Quantentheorie zu funktionierenden Anwendungen beschleunigen. Diese Einschätzung spiegelt auch Nvidias eigenes Interesse an mehr CUDA-Q-nativem Code wider.
Auch andere Chiphersteller entwickeln Software für hybride Systeme. Dabei haben AMD und Xanadu kürzlich Backline zur Quanten-Klassik-Steuerung vorgestellt..
Was eWeek herausgefunden hat: Die unabhängige Überprüfung fehlt
Die Reduzierung von 130 auf 40 Zeilen ist Fujitsus eigener Vorher-nachher-Vergleich eines einzelnen Algorithmus, ADAPT-VQE, der mit den Komponenten des Toolkits neu erstellt wurde. Fujitsu hat die ursprüngliche Version jedoch nicht für einen externen Vergleich veröffentlicht. Eine unabhängige Benchmark der Behauptung gibt es bislang nicht.
Dieselbe Lücke zeigt sich auch im Betaprogramm. Fujitsu zufolge haben seit Februar mehr als 80 Organisationen die Software getestet, doch das Unternehmen hat nicht genannt, um welche es sich handelt, was sie entwickelt haben oder ob etwas davon veröffentlicht oder von Fachleuten begutachtet wurde. Das ist ein Unterschied beim Umfang der offengelegten Informationen und kein Beleg dafür, dass die Tests nicht stattgefunden haben. Dennoch ist die Aussage weniger belastbar, als sie bei der ersten Lektüre wirkt.
Die öffentliche Veröffentlichung von OpenQARP gibt unabhängigen Entwicklern nun die Möglichkeit, Fujitsus Behauptungen zu überprüfen. Die Akzeptanz auf GitHub, reproduzierte Codevergleiche und veröffentlichte Forschung werden zeigen, ob sich das Paket zu einer vielseitig nutzbaren Entwicklungsschicht oder vor allem zu einem Einstiegspunkt in Fujitsus Quantenökosystem entwickelt. Bis dahin sollte die Reduzierung um fast 70 % als ein vom Anbieter ausgewähltes Beispiel für die Kürze des Quellcodes betrachtet werden – nicht als Beleg für eine schnellere Ausführung oder eine bessere Leistung von Quantencomputern.