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Alexandru Paler: Complete Control Software for Reliable Quantum Computers
Fehlerkorrektur für Quantencomputer
Quantencomputer gibt es noch nicht. Aber seit klar ist, dass sie massiv auch in der Chemie eingesetzt werden könnten, hat ein neuer Hype um ihre Realisierung eingesetzt. Dr. Alexandru Paler ist einer von weltweit ganz wenigen Forschern, der sich damit beschäftigt, Software zu entwickeln, die für fehlerkorrigierte Quantencomputern eingesetzt werden soll.
Projektdetails
Seed Projekt
Projektleitung
Alexandru Paler
Call
1/2016
Mit Quantencomputern können bestimmte Probleme in der Informatik viel effizienter gelöst werden als mit derzeitigen Computern, etwa die Suche in extrem großen Datenbanken und die Produktzerlegung großer Zahlen. Derzeit werden verschiedene Konzepte für die Realisierung von Quantencomputern entwickelt, bisher im Labormaßstab am erfolgreichsten sind Superconducting Qubits, deren Entwicklung zB von Google vorangetrieben wird. Sie sind so aufgebaut, dass das Herzstück – eine winzige Platine – umgeben ist von einem riesigen Kühlapparat, der den an sich sehr fehleranfälligen Quantencomputer vor Umwelteinflüssen schützen soll. „Das ist eine extrem teure Angelegenheit“, sagt Paler. „Wenn es gelingen sollte, den kleinsten Bestandteil eines Quantencomputers – 1 Qubit – für einen Dollar zu bauen (wovon wir heute noch weit entfernt sind), könnte der ganze Quantencomputer immer noch Millionen kosten.“
Paler denkt aber langfristig, weshalb es für ihn zu diesem Zeitpunkt noch nicht wichtig ist, wann und in welcher Form der Quantencomputer tatsächlich realisiert wird. „Ich hoffe, dass das, was ich mache, in zehn bis zwölf Jahren angewendet wird.“ Bis dahin entwickelt Paler eine Software, die in einer Feedbackschleife Befehle zur Fehlerkorrektur an die Hardware schickt, die wiederum zurückmeldet, ob die Fehlerkorrektur erfolgreich war. Danach vollzieht die Software die Synthese von Algorithmen.
Derzeit entwickelt Paler in seinem LIT-Projekt CHARON erste Komponenten für diese Software, basierend auf einer Architektur von Superconducting Qubits und topologisch fehlerkorrigierenden Codes. In etwa fünf Jahren wird er soweit sein, dass er auch eine konkrete Schnittstelle zu einem realen Quantencomputer braucht, um weiterarbeiten zu können. „Stellen Sie sich Windows und Linux vor: das funktioniert sowohl auf Ihrem Rechner als auch auf Ihrem Smartphone. Ähnlich ist es mit der Kontrollsoftware, an der ich arbeite: Je nach Ausformung des Quantencomputers muss sie dann adaptiert werden, aber grundsätzlich funktioniert sie für die meisten Modelle der ersten Generation“, sagt Paler.
Inzwischen sind auch die ganz Großen wie Google, IBM und Microsoft in diese Forschung eingestiegen.
Dr. Alexandru Paler
Dr. Alexandru Paler ist am Institut für Integrierte Schaltungen an der JKU beschäftigt. Nach seinem Informatik-Studium in Brasov, Rumänien, wechselte er nach Deutschland, wo er einen Masterabschluss an der FH Wiesbaden machte und 2015 an der Universität Passau seine Dissertation Design Methods for Reliable Quantum Circuits.
Mit seinem LIT-Projekt möchte er die Zusammenarbeit mit seinen Forschungspartnern konsolidieren. „Die Entwicklung der Kontrollsoftware für Quantencomputer geht nicht straight forward. Niemand weiß genau, wie die Software funktionieren soll.“ Neunzig Prozent der Zeit verbringt er mit Programmieren und Experimentieren. „Noch ist quantum computing eine technologische Spekulation, und deswegen ist es schwierig, Studierende für das Thema zu erwärmen, die hier unterstützen könnten“, sagt Paler.
