Fujitsu gibt Gewinner des Quantensimulator-Wettbewerbs bekannt

Fujitsu hat die Gewinner der Quantum Simulator Challenge 2024 bekannt gegeben, einem Wettbewerb zur Förderung offener Innovationen und zur Ermittlung praktischer Anwendungsfälle für das Quantencomputing. Die Preisverleihung fand im Rahmen des Fujitsu Quantum Day 2025 Japan statt, einer Veranstaltung für die Quanten-Community, die am Freitag, den 28. März 2025, im Fujitsu Uvance Kawasaki Tower abgehalten wurde.

Bei der Quantum Simulator Challenge, die 2024 zum zweiten Mal stattfand, traten Teams aus dem akademischen Bereich und der Industrie an, um Quantenanwendungen auf dem 40-Qubit-Quantencomputersimulator von Fujitsu, einem der weltweit größten seiner Art, zu entwickeln. An dem Wettbewerb nahmen 46 Teams aus 13 Ländern und Regionen teil, die um ein Preisgeld von insgesamt 100.000 US-Dollar konkurrierten. Die Gesamtnutzung des Quantensimulators durch alle Teilnehmer während des Wettbewerbszeitraums belief sich auf 2.282 Jobausführungen und 14.500 Betriebsstunden.

Der erste Preis ging an die Technische Universität Delft für ihr Projekt "Industrial Shift Scheduling on the Fujitsu Quantum Simulator". In diesem Projekt wurde eine Simulation durchgeführt, um die Optimierung der Arbeitszeitzuweisung für die verschiedenen Schritte einer Fahrzeugmontage- und Lackierstraße zu überprüfen. Die Simulation basierte auf dem von der Universität entwickelten Open-Source-Algorithmus Quantum Industrial Shift Scheduling (QISS), der die Ermittlung der optimalen Schichtplanung ermöglicht. Das Projekt verwendete bis zu 39 Qubits und zeigte, dass die Quantencomputertechnologie zur Lösung komplexer industrieller Optimierungsprobleme beitragen kann.

Der zweite Preis ging an die Technische Universität Ilmenau für ihr Projekt "QuPIV - Quantum Algorithm for Cross-Correlation Analysis in Particle Image Velocimetry" (Quantenalgorithmus für die Kreuzkorrelationsanalyse in der Particle Image Velocimetry). Das Projekt stellte eine Quantenlösung zur Fluid Analysis in großem Maßstab vor und nutzte bis zu 32 Qubits. Mögliche Anwendungen umfassen die Luft- und Raumfahrt, die Automobiltechnik, die Analyse von Fußgängerströmen in Städten und die Mikrofluidik.

Der dritte Preis ging an QunaSys Inc. für das Projekt "Large-Scale Simulation of Molecular Electronic States Using Quantum Phase Estimation Algorithm". Die Simulation, bei der bis zu 39 Qubits zum Einsatz kamen, konzentrierte sich auf die elektronischen Zustände von Wasserstoff- und Ethanmolekülen und wurde von der Jury für ihre Simulationseffizienz ausgezeichnet.

Hideto Okada, Head of Technology Strategy Unit, Fujitsu Limited, kommentierte:

"Fujitsu erhält zahlreiche Anfragen von Kunden, die den Einsatz von Quantentechnologien erwägen. Wir erkennen auch eine große Erwartung an Quantensimulatoren, die als Plattform für die praktische Anwendung und das Testen von Quantenalgorithmen dienen. Bei diesem Wettbewerb, der nun zum zweiten Mal stattfand, haben sich Teams aus der ganzen Welt mit verschiedenen Problemlösungsthemen auseinandergesetzt und uns wertvolles Feedback für die zukünftige Forschung und Entwicklung geliefert. Fujitsu wird seine Zusammenarbeit mit der Quanten-Community weiter ausbauen und seine Bemühungen um die praktische Anwendung von Quantentechnologien beschleunigen."

Eine Reihe von Fujitsu-eigenen Technologien wurde in diesem Wettbewerb erstmals eingesetzt. Das Quantum Decision Diagram (QDD)⁽¹⁾ reduzierte die Verarbeitungszeit von 2.107 Sekunden (unter Verwendung eines auf Zustandsvektoren basierenden Quantensimulators) auf 4 Sekunden bei 26 Qubits und ermöglichte die erfolgreiche Ausführung von Berechnungen bei 30 Qubits und mehr. Die VQE-Beschleunigungstechnologie⁽²⁾ reduzierte die Berechnungszeit für Quantensimulatorberechnungen von geschätzten 200 Tagen mit herkömmlichen Methoden auf nur einen Tag.

Fujitsu gab den Rahmen dieses Wettbewerbs im Mai 2024 weltweit bekannt und begann mit der Aufforderung zur Teilnahme. Von Juli bis November 2024 arbeiteten die Teilnehmer an selbst definierten Problemlösungsthemen. Nach Abschluss des Wettbewerbszeitraums reichten die teilnehmenden Teams Berichte über ihre Forschungsergebnisse ein. Auf Grundlage dieser Berichte wurde eine eingehende Prüfung durch 12 Jurymitglieder durchgeführt, zu denen auch Forscher der Quantencomputerabteilung von Fujitsu gehörten, und die Siegerteams wurden ausgewählt.

⁽¹⁾ QDD (Quantum Decision Diagram) Technologie:

Eine Quantensimulatortechnik, die eine graphenbasierte Datenstruktur nutzt, die als „Entscheidungsdiagramm“ bekannt ist. Diese Methode führt zu erheblichen Leistungssteigerungen in Bezug auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit und die Speichernutzung für Berechnungen wie beispielsweise bei den Algorithmen von Shor und Grover.

⁽²⁾ VQE (Variational Quantum Eigensolver) Beschleunigungstechnologie:

Diese Technologie geht auf die Rechenanforderungen von VQE ein, indem sie die umfangreichen und iterativen Quantenschaltkreisberechnungen auf mehrere Gruppen verteilt und so eine gleichzeitige Verarbeitung ermöglicht. Darüber hinaus haben wir mit Hilfe unseres firmeneigenen, weltweit führenden Quantensimulators eine Methodik entwickelt, die die Vereinfachung großer Probleme bei gleichzeitiger Minimierung der damit verbundenen Genauigkeitsverluste ermöglicht.

Datum: 31. March 2025
City: München