Intel hat das Intel Quantum Software Development Kit (SDK) Version 1.0 vorgestellt, ein umfassendes Toolset, das auf die Bedürfnisse von Entwicklern von Quantencomputern zugeschnitten ist. Nach der im September 2022 veröffentlichten Beta-Version verspricht dieses Toolkit eine vollständige Quantencomputersimulation und nahtlose Integration mit Intel Quantenhardware, einschließlich des Steuerchips Horse Ridge II und des Quanten-Spin-Qubit-Chips, der voraussichtlich noch in diesem Jahr veröffentlicht wird.
Das SDK versetzt Entwickler in die Lage, Quantenalgorithmen mit einer benutzerfreundlichen Schnittstelle auf Basis von C++ zu programmieren, wobei eine branchenübliche Low-Level-Compiler-Toolkette für virtuelle Maschinen (LLVM) für optimale Kompatibilität mit C/C++- und Python-Anwendungen verwendet wird. Infolgedessen ist das Intel Quantum SDK zu einer vielseitigen und anpassbaren Lösung für die Programmierung im aufkeimenden Bereich des Quantencomputings geworden.
Laut Anne Matsuura, Director of Quantum Applications & Architecture bei Intel Labs, besteht das Hauptziel des Intel Quantum SDK darin, Programmierer auf die Zukunft groß angelegter kommerzieller Quantencomputer vorzubereiten. Das SDK unterstützt Entwickler nicht nur beim Erlernen der Erstellung von Quantenalgorithmen und -anwendungen durch Simulation, sondern beschleunigt auch den Fortschritt der Branche, indem es eine Community von Entwicklern fördert, die bereit sind, Anwendungen bereitzustellen, sobald Intel Quantenhardware verfügbar ist.
Version 1.0 des Intel Quantum SDK bietet eine intuitive Programmierschnittstelle auf Basis von C++, die klassischen Computerentwicklern und Quantenentwicklern eine vertraute Sprache für die Zusammenarbeit bietet. Das Kit enthält auch eine Quanten-Laufzeitumgebung, die für die Ausführung hybrider Quanten-klassischer Algorithmen optimiert ist, sodass Entwickler zwischen zwei verschiedenen Backends wählen können, um Qubits zu simulieren, die eine größere Anzahl generischer Qubits oder Intel Hardware darstellen können.
Das erste Backend ist der leistungsstarke Open-Source-Intel Quantum Simulator (IQS), der bis zu 32 Qubits auf einem einzelnen Knoten und mehr als 40 Qubits auf mehreren Knoten unterstützt. Das zweite Backend wurde speziell entwickelt, um Intel -Quantenpunkt-Qubit-Hardware zu simulieren und die kompakte Modellsimulation von Intel Silizium-Spin-Qubits zu erleichtern. Dieser Ansatz baut auf Intel Know-how in der Herstellung von Siliziumtransistoren auf und soll die Entwicklung von großen Quantencomputern unterstützen.
Mit Hilfe des SDK können Benutzer kleine Workloads entwickeln, um die Fähigkeiten zu identifizieren, die von der Systemarchitektur des Quantencomputers für eine effiziente und genaue Ausführung des Qubit-Algorithmus benötigt werden. Intel nutzt das SDK auch intern für das Co-Design von Quantenhardware und -software und beschleunigt so die Gesamtsystementwicklung.
Zu den weiteren Vorteilen des SDK gehört eine anpassbare und erweiterbare Plattform, die eine größere Flexibilität für die Entwicklung von Quantenanwendungen bietet. Entwickler können Compiler-Dateien vergleichen, ein Standardfeature in der klassischen Computerentwicklung, um zu bewerten, wie gut ein Algorithmus optimiert ist. Darüber hinaus können Benutzer auf den Quellcode zugreifen und niedrigere Abstraktionsebenen erhalten, um Einblick in die Datenspeichermechanismen eines bestimmten Systems zu erhalten.
Das Intel Quantum SDK stellt außerdem mehrere Schlüsselfunktionen sicher:
- Code in bekannten Mustern: Das Standard-LLVM wird um Quantenerweiterungen erweitert, und eine Quantenlaufzeitumgebung wird für Quantencomputing modifiziert. Das IQS stellt eine Zustandsvektorsimulation eines universellen Quantencomputers bereit.
- Effiziente Ausführung von hybriden Klassik-Quanten-Workflows: Compiler-Erweiterungen ermöglichen es Entwicklern, Ergebnisse von Quantenalgorithmen in ihre C++-Projekte zu integrieren. Diese Funktion ermöglicht die kritischen Rückkopplungsschleifen, die für hybride quantenklassische Algorithmen wie den Quanten-Approximation-Optimierungsalgorithmus (QAOA) und den Quanten-Variations-Eigen-Solver (VQE) erforderlich sind.
- Hochleistungssimulation: Intel DevCloud-Benutzer können ausführbare Dateien erstellen, die Anwendungen und Algorithmen mit bis zu 32 Qubits auf einem einzelnen Rechenknoten und mehr als 40 auf mehreren Knoten simulieren können.
Intel engagiert sich für die Weiterentwicklung des Quantencomputing-Bereichs und erkennt die Bedeutung der Förderung einer Community von Entwicklern an. Als Teil dieser Bemühungen und zur Unterstützung dieses Ziels hat Intel fünf Universitäten, darunter der University of Pennsylvania, der Technischen Hochschule Deggendorf, der Keio University, der Ohio State University und der Pennsylvania State University, Stipendien zur Entwicklung von Lehrplänen für Quantenkurse zur Verfügung gestellt mit weiteren akademischen Einrichtungen geteilt werden.
Derzeit verwendet die Technische Hochschule Deggendorf in München, Deutschland, das SDK, um strömungsdynamische Probleme zu untersuchen, die für die Aerodynamik und Hydrodynamik von Bedeutung sind. Im Januar 2023 veranstaltete Intel eine Intel Quantum Computing Challenge am Deggendorf Institute of Technology, bei der die Einreichungen eine Vielzahl von Quanten-Anwendungsfällen unter Verwendung der Beta-Version des Intel Quantum SDK untersuchten. Beta-Benutzer Leidos gehört zu denjenigen, die spannende Anwendungen wie Quantenmaschinenlernen, Materialsimulationen und astrophysikalische Probleme mit Quantenteleportation, Schwarzen Löchern und Wurmlöchern erforschen.
Das Intel Quantum SDK 1.0, das jetzt in der OneAPI Intel Dev Cloud verfügbar ist, stellt einen wesentlichen Meilenstein im Quantencomputing dar, da Intel sich darauf vorbereitet, in den kommenden Jahren zukünftige Versionen mit zusätzlichen Funktionen herauszubringen. Die nahtlose SDK-Integration mit Intel Quantenhardware wird das Potenzial für Durchbrüche in diesem sich schnell entwickelnden Bereich weiter ausbauen. Um mehr über Intel Ansatz für Quantencomputer zu erfahren, lesen Sie Intels Quantencomputer-Hintergrundinformationen.
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