DIN-Normenausschuss Informationstechnik und Anwendungen (NIA)
Leistungsbenchmarks von Quantencomputeranwendungen
Kurzreferat
Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines technischen Berichts mit Leitlinien für das Benchmarking von Quantenanwendungen, d. h. die Charakterisierung der Leistung von Quantenalgorithmen für Klassen von Quantenanwendungen, die auf unterschiedlicher Quantenhardware implementiert sind. Anhand spezifischer, genau definierter Benchmarks können die Endnutzer von Quantencomputern die Leistung einer bestimmten Quantencomputerlösung für spezifische Anwendungsfälle ermitteln. Auf dieser Anwendungsebene besteht die Notwendigkeit, die Leistung von Methoden/Algorithmen für Klassen von Anwendungen, die auf unterschiedlicher Hardware implementiert sind, zu bewerten. Ein Ziel ist der Vergleich des klassischen Rechnens (insbesondere Hochleistungsrechenzentren (en: High Performance Computing, HPC) und dessen etablierten Bibliotheken) mit den vielen verschiedenen Paradigmen des Quantencomputers (digital, analog usw.). Es wird erwartet, dass dieser technische Bericht regelmäßig aktualisiert wird. Der Bericht sollte sowohl Algorithmen berücksichtigen, die auf Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ)-Hardware implementiert werden können (z. B. Variations-Hybrid-Methoden), als auch Algorithmen, die Fault-Tolerant Quantum Computing (FTQC) Kapazitäten erfordern. Während sich die Benchmarks für diese beiden Stufen des Quantencomputings im Prinzip nicht unterscheiden sollten, könnte ihr Schwerpunkt sehr unterschiedlich sein. Bei FTQC sollte sich der Benchmark weitgehend auf die Anwendung konzentrieren und nicht darauf, wie ein Rechengerät ein bestimmtes Problem lösen kann. Bei NISQ-Hardware sollte wiederum die Anwendung im Mittelpunkt stehen. Allerdings kann der Schwerpunkt stärker auf dem Benchmarking des Quantenanteils liegen, da bei NISQ-Geräten die Entwicklung des Quantenanteils von besonderem Interesse ist. Aus diesem Grund können Eigenschaften wie QPU-Zeit und -Wiedergabetreue relevante Aspekte eines anwendungsorientierten NISQ-Benchmarkings sein. Weitere Aspekte des anwendungsorientierten Benchmarking, die in dem Bericht erörtert werden sollen, sind: welche Eigenschaften sollten in solchen Benchmarks gemessen werden (Genauigkeit, Geschwindigkeit, Größe, Energie, Implementierungskosten); die Art der Anwendungen, die in einem solchen Benchmark berücksichtigt werden sollten; die Skalierbarkeit des Quantencomputers und wann er gegenüber dem klassischen Computer vorteilhaft sein wird; die Implementierung eines bestimmten Quantenbenchmarks (Spezifikation, Einfachheit, Freiheitsgrade). Der daraus resultierende technische Bericht soll bewährte Verfahren für das Quanten-Benchmarking auf Anwendungsebene aufzeigen und damit einen Bezugsrahmen für einen validen Vergleich verschiedener (hybrider) Quantenansätze zur Lösung bestimmter Probleme bilden. Der Bericht wird dazu beitragen, das Potenzial bestimmter Hardware für bestimmte Anwendungsfälle zu bewerten und Klarheit darüber zu schaffen, welche Art von Quantenvorteil Quantencomputer bieten können (Genauigkeit, Geschwindigkeit, Energie, Implementierungskosten). Dieses Dokument wird im NA 043-02-05 AA "Quantentechnologien" im DIN-Normenausschuss Informationstechnik und Anwendungen (NIA) erarbeitet.
Beginn
2024-01-17
WI
JT022005
Geplante Dokumentnummer
prCEN/CLC/TR XXX-JT022005
Zuständiges nationales Arbeitsgremium
NA 043-02-05 AA - Quantentechnologien
