Die Quantencomputing-Branche befindet sich an einem Wendepunkt: Die Kombination aus klassischer und quantenbasierter Technologie verspricht bahnbrechende Fortschritte in der Rechenleistung. Diraq und QM Technologies Inc. setzen genau hier neue Maßstäbe, indem sie künstliche Intelligenz (KI) und die innovative NVIDIA DGX Quantum Architektur nutzen, um siliziumbasierte Quantencomputer schneller und effizienter zu skalieren. Dieses gemeinsame Projekt ist ein Meilenstein, der zeigt, wie sich die Grenzen zwischen klassischer und Quantenverarbeitung zunehmend auflösen – mit unmittelbaren Auswirkungen auf Forschung und Entwicklung im Bereich des Quantencomputings. Das besondere Augenmerk liegt dabei auf der extrem niedrigen Latenz von 3,3 Mikrosekunden bei der Kommunikation zwischen Quantenhardware und den NVIDIA Grace-Hopper Superchips.
Dieses schnelle Zusammenspiel wird durch QM's OPX1000 Hybridcontroller koordiniert und ermöglicht, dass Grafikprozessoren (GPUs) in Echtzeit komplexe Rechenaufgaben ausführen, die für die Weiterentwicklung von Quantenprozessoren entscheidend sind. Die Integration sorgt dafür, dass Engpässe bei wichtigen Prozessen im Quantencomputing deutlich minimiert werden. Während klassische Hardware wie FPGAs bisher viele dieser Aufgaben übernahm, stößt sie an ihre Grenzen, wenn es um komplexe Signalverarbeitung und schnelle Rückkopplungsmechanismen geht. GPU-Beschleunigung hebt diese Barrieren auf, sodass nun Anwendungen realisiert werden können, die zuvor nur durch umständliche Nachbearbeitung möglich waren. Die Zusammenarbeit zwischen Diraq und QM hat dies eindrucksvoll innerhalb nur einer Woche nach Installation des DGX Quantum Systems in Diraqs Laboratorien in Sydney demonstriert.
Drei Schlüsselanwendungen standen im Fokus: Echtzeit-Verbesserung der Quantenmesswerte, automatisierte Kalibrierung mithilfe von maschinellem Lernen und eine beschleunigte Initialisierung von Quantenzuständen. Diese Bereiche kennzeichnen grundsätzliche Herausforderungen bei der Skalierung von Quantencomputern und dem zuverlässigen Betrieb von Quantenprozessoren. Die Echtzeit-Readout-Verbesserung ist besonders hervorzuheben. Diraq hat in der Vergangenheit Forschungsergebnisse veröffentlicht, die unter anderem die korrelierte Auslese von Quantenzuständen thematisierten – eine komplexe Aufgabe, die in Echtzeit eine enorme Rechenleistung erfordert. Dank GPU-Beschleunigung gelingt es nun, diese Auslesedaten unmittelbar und präzise zu verarbeiten, anstatt auf spätzeitige Auswertung zu setzen.
Das hat nicht nur Auswirkungen auf die Genauigkeit, sondern auch auf die Geschwindigkeit, mit der Quantenexperimente durchgeführt werden können. Neben der Optimierung der Messauswertung spielt die kalibrierung der Quantenprozessoren eine zentrale Rolle. Traditionell ist dieser Schritt zeitaufwendig und oft manuell durchzuführen, was den Fortschritt in der Entwicklung von Quantenhardware bremst. Durch KI-gestützte Verfahren, die direkt auf der GPU laufen, kann dieser Prozess automatisiert und damit erheblich beschleunigt werden. Maschinenlernalgorithmen finden eigenständig optimale Einstellungen für die Hardware und reduzieren die Kalibrierungsdauer von Stunden auf Minuten.
Die dritte Anwendung, die von dem System profitiert, ist die Initialisierung der Quantenzustände, eine Voraussetzung, um Quantenalgorithmen korrekt auszuführen. Die von Diraq entwickelte algorithmische Initialisierung nutzt die hohe Rechenleistung der GPUs, um den Zustand innerhalb kürzester Zeit vorzubereiten und somit Verzögerungen durch Dekohärenz zu minimieren. Die schnelle Interaktion zwischen Quantenprozessor und GPU ist hierbei entscheidend, da Quantenzustände nur begrenzt stabil sind. Mit einem Round-Trip-Latenzwert von lediglich 3,3 Mikrosekunden schafft die Systemarchitektur eine nahezu verzögerungsfreie Kommunikation, die Echtzeitfeedback ermöglicht. Das wiederum eröffnet ganz neue Möglichkeiten für die Steuerung und Fehlerkorrektur in Quantencomputern.
Die Integration klassischer Hochleistungshardware mit Quantenprozessoren markiert einen bedeutenden Schritt auf dem Weg zu praktischen, skalierbaren Quantencomputern. Der CEO und Gründer von Diraq, Andrew Dzurak, betont die Bedeutung der Kooperation mit QM und NVIDIA, um diese Fortschritte so schnell zu erzielen. Auch QM Technologies zeigt sich begeistert von den erzielten Ergebnissen. Laut CEO Itamar Sivan beweist Diraqs schnelle Umsetzung mehrerer KI-basierter Anwendungen innerhalb kurzer Zeit, dass hybride Quanten-KI-Systeme nicht nur theoretisch vielversprechend sind, sondern auch praktisch angewendet werden können. NVIDIA unterstreicht mit diesem Projekt seine Rolle als Vorreiter bei der Entwicklung von Hardwareplattformen, die Fortschritte im Quantencomputing stark unterstützen.
Tim Costa, Senior Director von NVIDIA für Quantum und CUDA-X, beschreibt DGX Quantum als Brücke, die die Power moderner KI- und GPU-Technologien mit Quantencomputern verbindet und so neue hybride Algorithmen ermöglicht. Die Zusammenarbeit zeigt zudem, dass sich die Zukunft des Rechnens nicht in der Konkurrenz zwischen klassischer und Quantenverarbeitung abspielt, sondern in ihrer nahtlosen Integration. Bereits heute lassen sich so wichtige Meilensteine in Richtung eines nutzbaren Quantencomputers erreichen. Zukunftsweisend ist zudem, dass das DGX Quantum System nicht nur jetzt zum Einsatz kommt, sondern auch perspektivisch die Implementierung von Echtzeit-Fehlerkorrekturprotokollen auf hybriden Quanten-Klassisch-Plattformen ermöglicht. Darüber hinaus kann die Diraq-Hardware direkt mit NVIDIA’s Open-Source Quantum-Entwicklungsplattform CUDA-Q verbunden werden, was Entwicklern den Zugang zur GPU-basierten Kontrolle stark vereinfacht.
Die Kombination aus hoher Rechenleistung, kurzer Latenz und KI-gestützten Algorithmen macht das System zu einer äußerst flexiblen und leistungsfähigen Lösung für die drängenden Herausforderungen der Quantencomputerforschung. Ein wichtiger Präsentationspunkt wird auf dem NVIDIA GTC Paris 2025 gesetzt, wo Elica Kyoseva, Director of Quantum Algorithm Engineering, die Fortschritte und die Möglichkeiten hybrider Quanten-KI-Algorithmen vorstellen wird. Die dort gewonnenen Erkenntnisse könnten das Quantencomputing nachhaltig prägen. Insgesamt stellt die Zusammenarbeit von Diraq, QM und NVIDIA einen wichtigen technologischen Fortschritt dar. Der Einsatz künstlicher Intelligenz, gekoppelt mit hochentwickelter GPU-Hardware, bietet neue Wege zur Skalierung und Steuerung von Quantenprozessoren aus Silizium.
Diese Entwicklung beschleunigt nicht nur die Forschung, sondern bringt praktische Anwendungen und Innovationen näher als je zuvor. Die nahtlose Integration zwischen Quanten- und KI-Systemen öffnet die Tür zu effizienteren, robusteren und besser steuerbaren Quantencomputern, die in Zukunft komplexe Probleme lösen können, die für klassische Computer unerreichbar sind. Die Vision einer hybriden Quanten-KI-Welt rückt durch diese Erfolge in greifbare Nähe und definiert die Zukunft der Technologie maßgeblich mit.
