KIT
Software für Quantencomputer: Programmieren ohne Hardware
Wie programmiert man einen Computer, der noch nicht existiert? Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickeln Software für Quantencomputer – obwohl funktionstüchtige Geräte bislang fehlen. Ziel ist es, direkt startklar zu sein, sobald die Hardware verfügbar ist.
„Wenn der große Durchbruch kommt, wollen wir bereit sein“, sagt Professorin Ina Schaefer vom Institut für Informationssicherheit und Verlässlichkeit (KASTEL) des KIT. Quantencomputer könnten komplexe Aufgaben in Materialforschung oder Logistik lösen, sind aktuell aber nur empfindliche Laborexperimente: klein, störanfällig und unzuverlässig.
Warum Software ohne Hardware Sinn ergibt
„Wir simulieren Quantencomputer auf klassischen Rechnern und testen unsere Programme an kleinen Beispielen“, erklärt Domenik Eichhorn vom KASTEL. Er erinnert an die Softwarekrise der 1960er: Damals gab es leistungsfähige Computer, aber kaum brauchbare Programme. Dies soll diesmal vermieden werden. Spezielle Programmiersprachen wie Qiskit oder Q# arbeiten direkt nahe der Hardware. Das bedeutet: Wer damit programmiert, muss genau wissen, wie einzelne Rechenschritte im Inneren des Quantencomputers ablaufen. Funktionen wie automatische Fehlerkorrektur oder grafische Benutzeroberflächen, die bei modernen Programmiersprachen üblich sind, fehlen bislang.
Was Quantencomputer besonders macht
Quantencomputer arbeiten nicht mit Bits, sondern mit Qubits. Diese können dank quantenmechanischer Effekte wie Superposition und Verschränkung mehrere Zustände gleichzeitig annehmen. Das erlaubt enorme Rechenleistung, erfordert aber Algorithmen, die mit Wahrscheinlichkeiten arbeiten aber trotzdem verlässliche Ergebnisse liefern.
Forschung im Verbund
Um den praktischen Einsatz von Quantencomputern vorzubereiten, bündeln das am 1. September startende Schwerpunktprogramm ‚Quantum Software, Algorithms, and Systems‘ und das Projekt QuSol Forschungsaktivitäten aus Wissenschaft und Industrie.“ KIT-Forschende entwickeln anwendungsorientierte Software für spätere Einsätze in Logistik, Materialforschung und Kryptografie. Gefördert wird das Programm von der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) und QuSol vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR).
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