Entwicklung einer generischen Architektur für Quanten-Services in der Cloud

Abstract

Quantenalgorithmen haben das Potenzial bestimmte Probleme deutlich schneller lösen zu können, als klassische Algorithmen. Daher kann es in Zukunft von Vorteil sein, klassische Anwendungen durch Quantenalgorithmen zu unterstützen. Für die Programmierung eines Quantenalgorithmus werden Frameworks benötigt, welche häufig nur für eine Programmiersprache verfügbar sind. Dadurch sind sie nicht in jede beliebige Anwendung integrierbar. Außerdem stellt jeder Hersteller von Quantencomputern ein eigenes Framework bereit, das sich unter anderem in der Syntax von den anderen Frameworks unterscheidet und ein anderes Paradigma bei der Konstruktion der Quantencomputer verfolgt. Dadurch gibt es Unterschiede in den Implementierungen eines Algorithmus, wenn er für verschiedene Provider entwickelt wird. Im Rahmen dieser Arbeit werden die existierenden Paradigmen und Frameworks untersucht. Die daraus resultierenden Erkenntnisse werden für die Konzeption einer Plattform verwendet, die Quantenalgorithmen verwaltet und sie als Quanten-Services bereitstellt, um die Algorithmen programmiersprachenunabhängig verwenden zu können und die Details zu Framework, Paradigma und Implementierung zu verbergen. Diese Arbeit spezifiziert Anforderungen für die Plattform bzw. Quanten-Services und entwirft eine Architektur. Darüber hinaus werden empfohlene Praktiken für die Umsetzung von Quanten-Services herausgearbeitet. Um das vorgestellte Konzept zu validieren, wird die Plattform prototypisch umgesetzt. Das Anwendungsbeispiel zeigt, dass die Plattform, unabhängig vom verwendeten Framework, Quanten-Services aus Quantenalgorithmen generiert. Die entstandenen Quanten-Services können in der Cloud bereitgestellt und programmiersprachenunabhängig von einer klassischen Anwendung verwendet werden.