Noch sind Quantencomputer störanfällig und vor allem Forschungsgeräte. Gleichzeitig entwickelt sich ihre Hardware in unterschiedliche Richtungen. Genau hier setzt das vom Fraunhofer IAO geleitete Projekt FullStaQD an: Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des FZI Forschungszentrums Informatik wollen eine gemeinsame Struktur schaffen, auf der Software unabhängig von einzelnen Maschinen aufgebaut werden kann.
Drei Ebenen sollen Anwendungen und Hardware trennen
Die veröffentlichte Architektur gliedert ein Quantensoftwaresystem in drei Ebenen. Auf der Anwendungsebene liegen Programme und Algorithmen für konkrete Aufgaben. Die Systemebene übersetzt diese Vorgaben in gerätespezifische Befehle und soll auch klassische Hochleistungsrechner einbinden. Die physische Ebene steuert schließlich den Quantencomputer oder einen Simulator.
Der entscheidende Ansatz sind definierte Schnittstellen zwischen diesen Ebenen. Dadurch sollen Entwickler an Anwendungen arbeiten können, ohne sämtliche technischen Details eines bestimmten Quantengeräts kennen zu müssen. Umgekehrt könnte neue Hardware integriert werden, ohne die darüberliegenden Programme vollständig neu zu schreiben.
Offene Architektur statt fertigem Quantenprogramm
Die Veröffentlichung ist kein neuer Quantencomputer und auch keine fertige Anwendung für Materialforschung oder Logistik. Sie beschreibt vielmehr Rollen, Bausteine und Verbindungen eines künftigen Softwaresystems. In der Dokumentation sind einzelne konkrete Schnittstellen noch ausdrücklich als offen gekennzeichnet. Auch neue Forschungsergebnisse können die Anforderungen verändern.
Das Team will die Architektur deshalb modular und weiterentwickelbar halten. Die Dokumentation ist öffentlich zugänglich; Rückmeldungen und Beiträge aus Wissenschaft und Industrie sind vorgesehen. Zugleich soll die Struktur proprietäre Software und kommerzielle Erweiterungen über klar definierte Schnittstellen ermöglichen.
Open-Source-Umsetzung soll 2027 folgen
In der nächsten Projektphase wollen die Partner eine frei verfügbare Referenzimplementierung entwickeln. Sie soll Softwarebausteine bereitstellen und nach Angaben des KIT im kommenden Jahr vorgestellt werden. Erst damit wird sich genauer zeigen, wie sich das Konzept praktisch auf unterschiedliche Hardware und bestehende Softwaresysteme übertragen lässt.
Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt fördert FullStaQD mit rund 15 Millionen Euro. Etwa 700.000 Euro davon gehen an das KIT. Dass die Architektur auch die Verbindung mit klassischen Hochleistungsrechnern berücksichtigt, ist für Karlsruhe besonders relevant: Am KIT wurde zuletzt der 17 Millionen Euro teure Supercomputer HoreKa 2 in Betrieb genommen. Ein direkter Leistungsnachweis für Quantensoftware ist damit allerdings nicht verbunden.
