Das Team von Anabrid nutzt mit seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern auch Räumlichkeiten im DLR-Innovationszentrum in Ulm. Damit entsteht eine unmittelbare Nähe zu den DLR-Instituten.

Bild: DLR

Hybride Rechnerarchitektur So helfen Analogrechner beim Quantencomputing

08.03.2022

In den 1960er Jahren sahen Computer aus wie schrankgroße graue Kästen, mit Bedienfeldern voller Regler, Schalter und bunter Kabel. Das waren die Analogrechner, die in den 1980er Jahren von den digitalen Computern abgelöst wurden. Jetzt helfen Analogrechner bei der Entwicklung von hybriden Systemen für Quantencomputer. Ein Projekt der Quantencomputing-Initiative im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beinhaltet den Bau eines Analogcomputers.

Wie passen die vermeintlich alten Analogrechner mit dem zukunftsweisenden Quantencomputer zusammen? „Analogrechner fallen wie Quantencomputer in das Gebiet des unconventional computing. Sie sind diesen insofern ähnlich, als dass direkt ein physikalisches System – in diesem Fall meist ein elektronischer Schaltkreis – als Modell für ein zu lösendes Problem dient, wobei das Auslesen von Variablen messend geschieht“, erklärt Dr. Robert Axmann, Leiter der Quantencomputing-Initiative.

„Aus diesem Grund können Analogrechner perspektivisch voraussichtlich auch direkter mit Quantencomputern gekoppelt werden, als beispielsweise klassische speicherprogrammierte Digitalrechner.“

Zusätzlich können sowohl Quantencomputer als auch Analogrechner mit klassischen Hochleistungsrechnern in hybriden Systemen zusammenarbeiten. Für beides ist Forschungsarbeit nötig, die sich ergänzt. Ein hybrides System lagert nur ausgewählte Probleme an einen Quantencomputer beziehungsweise einen Analogrechner aus. Die Weiterverarbeitung erledigt ein konventioneller Computer. So werden Vorteile beider Technologien verknüpft. Die Entwicklung von hybriden Rechnerarchitekturen ist einer der Schwerpunkte in der Quantencomputing-Initiative.

Rechner steht Arbeitsgruppen und DLR-Instituten zur Verfügung

Das Unternehmen Anabrid baut innerhalb der nächsten vier Jahre einen Analogcomputer für das DLR und stellt auch eine Software bereit, die die Abfolge der Rechenschritte festlegt. Dies erlaubt die schnelle Umprogrammierung des Analogrechners zur Lösung ganz unterschiedlicher Probleme.

Analogcomputer zeichnen sich dadurch aus, dass sie Aufgaben durch eine festgelegte Aneinanderreihung physikalischer Prozesse lösen. Früher mussten die Bauteile für unterschiedliche Aufgaben jeweils per Hand neu verkabelt werden. Das übernimmt nun die Software. Analogcomputer gelten als besonders schnell und energieeffizient. Auch das wird im Projekt erforscht.

Der moderne Analogcomputer kann als Forschungsrechner auch von anderen Arbeitsgruppen der Quantencomputing-Initiative genutzt werden. Außerdem werden die DLR-Institute ihn für spezielle Rechenoperationen in hybriden Systemen einsetzen können. „Anwendungen sind etwa in der Molekülphysik, bei der Simulation von Quantensystemen, in der Materialphysik oder in der Optimierung von Logistik denkbar. Das sind einige der Felder, in denen wir grundsätzlich auch Quantencomputer sehen“, sagt Robert Axmann.

Dr. Matthias Zimmermann vom DLR-Institut für Quantentechnologien in Ulm zu möglichen Kooperationen: „An unserem Institut prüfen wir konkrete Einsatzmöglichkeiten des Analogrechners, beispielsweise zur Simulation von Quantenmaterie, um damit bestehende Quantentechnologien weiterzuentwickeln. Durch ein besseres Verständnis der Funktionsweise des klassischen Analogrechners können sich aber auch ganz neue, unkonventionelle Ansätze im Bereich des Quantencomputings ergeben, welche wir in die Anwendung überführen möchten.“

Bildergalerie

  • Bedienfeld eines Analogrechner

    Bedienfeld eines Analogrechner

    Bild: Anabrid

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