Zwei Quantensimulatoren für HPCQS

Jülich, 30. Mai 2022 – Das Forschungszentrum Jülich und GENCI starten HPCQS, eine europäische Plattform für hybrides Hochleistungsrechnen und Quantencomputing, mit zwei 100-Qubits-Quantensimulatoren von PASQAL.

HPCQS ("High-Performance Computer and Quantum Simulator hybrid") ist ein vierjähriges Pilotprojekt zur Entwicklung, Einrichtung und Koordinierung einer Cloud-basierten europäischen Infrastruktur. Das im Dezember 2021 gestartete Projekt wird vom Jülich Supercomputing Centre (JSC) koordiniert. Es wird unterstützt durch das EuroHPC JU (European High-Performance Computing Joint Undertaking) und sechs europäische Länder: Deutschland, Frankreich, Irland, Italien, Österreich und Spanien.

In der ersten Phase vom HPCQS sollen zwei Quantensimulatoren mit jeweils mehr als 100 Qubits in zwei Höchstleistungsrechner-Infrastrukturen eingebunden werden: in den von GENCI finanzierten Hochleistungsrechner JOLIOT CURIE am südlich von Paris gelegenen Supercomputing-Zentrum CEA/TGCC und in den modularen Supercomputer JUWELS am JSC in Jülich. Die enge Integration von Quantenhardware in klassische Rechnerarchitekturen – und damit die Bildung eines Hybridsystems – ist ein wesentlicher Meilenstein, um die Leistung von Quantencomputern für erste praktische Anwendungen zu nutzen. Darüber hinaus wird HPCQS eine umfassende und hardwareunabhängige Programmierumgebung für Endnutzer entwickeln und bereitstellen, für Quantencomputer und hybride Anwendungen.

Um diese Ziele zu erreichen, haben GENCI und das Forschungszentrum Jülich – mit Unterstützung von EuroHPC JU – zwischen Dezember 2021 und Mai 2022 ein gemeinsames Verfahren auf der Grundlage eines PPI (Public Procurement of Innovative Solutions) gestartet, um zwei Quantensimulatoren zu erwerben, die mindestens 100 Qubits steuern können. Die Wahl fiel auf den analogen Fresnel-Quantensimulator von PASQAL, einem französischen Start-up-Unternehmen. Fresnel-Systeme basieren auf der Technologie kalter neutraler Atome (Rubidium), die in 2D/3D-Arrays angeordnet sind. Diese werden mithilfe laserbasierter optischer Pinzetten angeregt, um sogenannte Rydberg-Zustände zu erreichen.

Die zwei Quantensimulatoren werden jeweils mit einem der beiden Höchstleistungsrechner in Frankreich und Jülich gekoppelt und dienen als Quantenbeschleuniger für spezifische Aufgaben: Optimierung, Quantenchemie und maschinelles Lernen. Die beiden Fresnel-Quantensimulatoren werden in der zweiten Hälfte des Jahres 2023 bei CEA/TGCC und JSC installiert.

In der Zwischenzeit wird PASQAL Fernzugriff auf das hauseigene Fresnel-System gewähren, um die HPCQS-Aktivitäten im Hinblick auf die Einführung eines vollständigen hybriden Software-Stacks voranzutreiben. Dazu gehören Cloud-Zugang, Ressourcenmanagement für hybride Arbeitslasten, Tools und Bibliotheken, einschließlich Benchmarking und Zertifizierung und Leistungsanalyse.

Die Nutzer können so Prototypenanwendungen für maschinelles Lernen und wissenschaftliche Simulationen mitgestalten, mit Algorithmen wie VQE (Variational Quantum Eigensolver) und QAOA (Quantum Approximate Optimisation Algorithm).

EuroHPC JU ist stolz, seine erste Initiative zum Quantencomputing zu unterstützen. Wir freuen uns darauf, die neuen Quantensimulatoren im Einsatz zu sehen. Die Bereitstellung und Nutzung der Fähigkeiten dieser Quantencomputer in Verbindung mit unserer bestehenden klassischen HPC-Infrastruktur wird es der europäischen Forschung und Industrie ermöglichen, neue und bahnbrechende technologische Anwendungen und Lösungen zu entwickeln.
Anders Dam Jensen, geschäftsführender Direktor EuroHPC JU

GENCI und CEA freuen sich sehr über die Auswahl des Fresnel-Quantensimulators von PASQAL für den Start von HPCQS. Diese Anschaffung, die im Rahmen der französischen Quantenstrategie und des europäischen HPCQS-Projekts getätigt wurde, ist ein historischer Schritt für Frankreich und Europa auf dem Weg zur Quantenüberlegenheit. In Verbindung mit unserem Supercomputer Joliot Curie am TGCC wird seine einzigartige, auf kalten Atomen basierte 100+ Qubits-Technologie es den europäischen Forschern ermöglichen, das Potenzial der Quanteninformatik für ihre wissenschaftlichen und industriellen Arbeitslasten konkret zu bewerten.
Gemeinsame Erklärung von Philippe Lavocat, CEO von GENCI, und Jacques-Charles Lafoucrière, HQI, Program Manager bei CEA

HPCQS ist die ideale Fortsetzung der Pläne und Aktivitäten zum hybriden Quanten-HPC-Computing, die wir in Deutschland mit JUNIQ begonnen haben – auf europäischer Ebene gemeinsam mit unseren exzellenten Partnern. Mit HPCQS sind wir weltweit die Ersten, die die enge Integration von HPC und Quantencomputing auf der Basis von modularem Supercomputing realisieren und Europa mit dieser innovativen Technologie an die Spitze der Forschung bringen.
Prof. Thomas Lippert, Leiter des Jülich Supercomputing Centre

Das Team von PASQAL fühlt sich zutiefst geehrt, dass unsere Neutral-Atom-Quantencomputer von der HPCQS-Allianz ausgewählt wurden, um das Herzstück der ersten europäischen hybriden (quantenklassischen) HPC-Infrastruktur zu bilden. Wir sind stolz darauf, Teil einer Kooperation mit solch großartigen Partnern zu sein und dazu beizutragen, die europäische HPC-Gemeinschaft an der Spitze der Quantenrevolution zu positionieren. Die Rolle, die PASQAL für die HPCQS-Allianz spielen kann, wäre ohne die starke Unterstützung der französischen Behörden und ohne ihr Engagement für Spitzenleistungen im Bereich der Quantentechnologien, wie es im nationalen französischen Quantenplan formuliert ist, nicht möglich gewesen. Deshalb geht es heute nicht nur um die Auswahl der Quantencomputer von PASQAL, sondern auch um die Stärkung der strategischen Autonomie Europas im Bereich Quanten- und HPC. Wir bauen die HPC-Infrastruktur von morgen auf, die von den europäischen Meistern im Bereich Quantencomputer und HPC bereitgestellt wird.
Georges-Olivier Reymond, CEO von PASQAL

Zu HPCQS

HPCQS ist eine offene und evolutionäre Infrastruktur, die in Zukunft durch die Einbeziehung einer Vielzahl von Quantencomputerplattformen auf verschiedenen technologischen Bereitschaftsstufen und durch die Integration anderer europäischer Quantenknoten erweitert werden soll. Die HPCQS-Infrastruktur stellt nach der Jülicher UNified Infrastructure for Quantum computing (JUNIQ) einen zweiten Schritt in Richtung einer europäischen Infrastruktur für Quantencomputer und -simulation (EuroQCS) dar, wie sie in der strategischen Forschungsagenda des Europäischen Quantenflaggschiffs befürwortet wird.