QC Teilprojekt | Bau eines Analogcomputers

I. Entwicklung von Hardware • Untersuchung allgemein einsetzbarer Verbindungstopologien (Interconnect) für hochintegrierte Analogrechner. Erprobung verschiedener Topologien mit Hilfe von Hardwareprototypen anhand konkreter Anwendungsszenarien aus der Industrie und Forschung. • Entwicklung eines diskret aufgebauten, aber vollständig durch einen Digitalrechner rekonfigurierbaren Analogrechners, der als Forschungsrechner auch anderen interessierten Arbeitsgruppen im Rahmen der Quantencomputing-Initiative zur Verfügung stehen wird. Diese Entwicklung ist als Open Source offenzulegen. II. Entwicklung von Software • Entwicklung eines Hybridcontrollers als zentrales Element des oben beschriebenen Forschungsrechners. • Untersuchung unterschiedlicher Anbindungstechnologien des Hybridrechners an klassische Digitalrechner (z. B. USB, Ethernet, PCIe). • Entwicklung von Client-Bibliotheken für den Hybridcontroller (Julia, Python, Perl, Matlab, Mathematica etc.) • Entwicklung einer Hardwarebeschreibungssprache für die abstrakte Spezifikation analoger Rechenschaltungen. • Aufbauend hierauf Entwicklung einer Softwareinfrastruktur zum Kompilieren von software defined circuitry einschließlich Test- und Simulationsroutinen. III. Entwicklung von Anwendungen • Simulation von analogen Quantencomputern, etwa mit analogen oszillatorbasierten Ising-Maschinen (adiabatischer Ansatz). • Simulation von digitalen Quantencomputern, z. B. auf der effizienten Lösung großer Systeme linearer Gleichungen (Qubit-Ansatz). • Lösung generischer partieller Differentialgleichungen von realistischer Größe (z. B. zur Lösung physikalisch relevanter Modelle wie Vielteilchenquantenphysik oder Schrödingergleichung komplizierter Hamiltonians). • Untersuchung von Hybridrechneransätzen zur Lösung sehr großer Probleme, welche die bestehenden Analogrechnerressourcen überschreiten. Mit Hilfe eines solchen Ansatzes ist eine Nutzung von Analogrechnerressourcen in einer Art Time-Sharing-Mode möglich, was die Einsatzmöglichkeiten von Analogrechnern stark erweitern wird.