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Teams aus 13 Ländern lösten praktische Anwendungsfälle auf einem der weltweit größten 40-Qubit-Simulatoren. Die TU Delft sicherte sich mit industrieller Schichtplanung den ersten Platz beim Wettbewerb, der am 28. März in Tokio entschieden wurde.
Fujitsu hat die Gewinner der Quantum Simulator Challenge 2024 bekannt gegeben, einem Wettbewerb zur Förderung offener Innovationen und zur Ermittlung praktischer Anwendungsfälle für das Quantencomputing. Die Preisverleihung fand im Rahmen des Fujitsu Quantum Day 2025 Japan statt, einer Veranstaltung für die Quanten-Community, die am Freitag, den 28. März 2025, im Fujitsu Uvance Kawasaki Tower abgehalten wurde.
Bei der Quantum Simulator Challenge, die 2024 zum zweiten Mal stattfand, traten Teams aus dem akademischen Bereich und der Industrie an, um Quantenanwendungen auf dem 40-Qubit-Quantencomputersimulator von Fujitsu, einem der weltweit größten seiner Art, zu entwickeln. An dem Wettbewerb nahmen 46 Teams aus 13 Ländern und Regionen teil, die um ein Preisgeld von insgesamt 100.000 US-Dollar konkurrierten. Die Gesamtnutzung des Quantensimulators durch alle Teilnehmer während des Wettbewerbszeitraums belief sich auf 2.282 Jobausführungen und 14.500 Betriebsstunden.
1. Preis: TU Delft für ihr Projekt „Industrial Shift Scheduling on the Fujitsu Quantum Simulator“
Der erste Preis ging an die Technische Universität Delft für ihr Projekt „Industrial Shift Scheduling on the Fujitsu Quantum Simulator“. In diesem Projekt wurde eine Simulation durchgeführt, um die Optimierung der Arbeitszeitzuweisung für die verschiedenen Schritte einer Fahrzeugmontage- und Lackierstraße zu überprüfen. Die Simulation basierte auf dem von der Universität entwickelten Open-Source-Algorithmus Quantum Industrial Shift Scheduling (QISS), der die Ermittlung der optimalen Schichtplanung ermöglicht. Das Projekt verwendete bis zu 39 Qubits und zeigte, dass die Quantencomputertechnologie zur Lösung komplexer industrieller Optimierungsprobleme beitragen kann.
2. Preis: TU Ilmenau für ihr Projekt „QuPIV – Quantum Algorithm for Cross-Correlation Analysis in Particle Image Velocimetry“
Der zweite Preis ging an die Technische Universität Ilmenau für ihr Projekt „QuPIV – Quantum Algorithm for Cross-Correlation Analysis in Particle Image Velocimetry“ (Quantenalgorithmus für die Kreuzkorrelationsanalyse in der Particle Image Velocimetry). Das Projekt stellte eine Quantenlösung zur Fluid Analysis in großem Maßstab vor und nutzte bis zu 32 Qubits. Mögliche Anwendungen umfassen die Luft- und Raumfahrt, die Automobiltechnik, die Analyse von Fußgängerströmen in Städten und die Mikrofluidik.
3. Preis: QunaSys Inc. für das Projekt „Large-Scale Simulation of Molecular Electronic States Using Quantum Phase Estimation Algorithm“
Der dritte Preis ging an QunaSys Inc. für das Projekt „Large-Scale Simulation of Molecular Electronic States Using Quantum Phase Estimation Algorithm“. Die Simulation, bei der bis zu 39 Qubits zum Einsatz kamen, konzentrierte sich auf die elektronischen Zustände von Wasserstoff- und Ethanmolekülen und wurde von der Jury für ihre Simulationseffizienz ausgezeichnet.
Was ist ein Quantencomputersimulator?
Ein Quantencomputersimulator ist eine spezielle Software, die auf klassischen Computern läuft und das Verhalten von Quantencomputern nachahmt. Diese Simulatoren sind wichtige Werkzeuge für Forschung, Entwicklung und Bildung im Bereich der Quanteninformatik.
Im Wesentlichen erfüllen Quantencomputersimulatoren folgende Funktionen:
Simulation von Quantenschaltkreisen: Sie ermöglichen das Entwerfen, Testen und Debuggen von Quantenalgorithmen, ohne einen echten Quantencomputer zu benötigen.
Forschung und Entwicklung: Entwickler können damit Quantenalgorithmen erproben und optimieren, bevor sie auf tatsächlichen Quantenhardware-Systemen implementiert werden.
Ausbildung und Training: Sie dienen als Lernwerkzeuge für Studierende und Forscher, die Quantenkonzepte verstehen wollen.
Limitierte Simulation: Klassische Computer können Quantensysteme nur bis zu einer bestimmten Größe effizient simulieren. Bei etwa 50-60 Qubits stoßen selbst die leistungsfähigsten Supercomputer an ihre Grenzen.
Während tatsächliche Quantencomputer für bestimmte Berechnungen die Simulatoren übertreffen werden, dürften Simulatoren auch in Zukunft wichtige Werkzeuge für Entwicklung, Ausbildung und für die Simulation spezifischer Aspekte von Quantensystemen bleiben. Sie werden wahrscheinlich weiterhin als kosteneffiziente Ressource für Algorithmenentwicklung und Tests vor dem Einsatz teurer Quantenhardware dienen.
Eine Reihe von Fujitsu-eigenen Technologien wurde in diesem Wettbewerb erstmals eingesetzt. Das Quantum Decision Diagram (QDD) reduzierte die Verarbeitungszeit von 2.107 Sekunden (unter Verwendung eines auf Zustandsvektoren basierenden Quantensimulators) auf 4 Sekunden bei 26 Qubits und ermöglichte die erfolgreiche Ausführung von Berechnungen bei 30 Qubits und mehr. Die Variational Quantum Eigensolver (VQE)-Beschleunigungstechnologie reduzierte die Berechnungszeit für Quantensimulatorberechnungen von geschätzten 200 Tagen mit herkömmlichen Methoden auf nur einen Tag.
Fujitsu gab den Rahmen dieses Wettbewerbs im Mai 2024 weltweit bekannt und begann mit der Aufforderung zur Teilnahme. Von Juli bis November 2024 arbeiteten die Teilnehmer an selbst definierten Problemlösungsthemen. Nach Abschluss des Wettbewerbszeitraums reichten die teilnehmenden Teams Berichte über ihre Forschungsergebnisse ein. Auf Grundlage dieser Berichte wurde eine eingehende Prüfung durch 12 Jurymitglieder durchgeführt, zu denen auch Forscher der Quantencomputerabteilung von Fujitsu gehörten, und die Siegerteams wurden ausgewählt.
(sp/Fujitsu)
