Das US-Energieministerium hat IBM für die erste Phase des Genesis-Mission-Projekts ausgewählt, das sich auf die Entwicklung KI-gestützter Quantenanwendungen konzentriert. IBM plant außerdem, den nationalen Laboren des Energieministeriums und ihren Partnern in den nächsten fünf Jahren Zugang zu IBM-Quantensystemen im Wert von bis zu 50 Millionen US-Dollar zu gewähren.
Die Genesis Mission entwickelt ein nationales wissenschaftliches Rechennetzwerk, das KI, klassisches Hochleistungsrechnen, Quantencomputing, wissenschaftliche Instrumente und Forschungsdaten vereint. Mit der Auswahl von IBM wird den ersten Projekten im Rahmen des Antragsverfahrens der Genesis Mission eine Quantenkomponente hinzugefügt.
Diese Arbeit ergänzt die geplante Recheninfrastruktur des US-Energieministeriums (DOE) im Oak Ridge National Laboratory. Wie bereits berichtet, wird das Lux-System von AMD voraussichtlich die erste voll funktionsfähige Plattform der Genesis Mission sein. Geförderte Projekte sollen es ab Oktober 2026 nutzen. Lux kombiniert AMD Instinct MI355X GPUs, EPYC CPUs und Pensando-Netzwerktechnologie, um KI-Dienste, herkömmliche HPC-Workloads, Simulationen und datenintensive Forschungsworkflows zu unterstützen. IBMs Beitrag zielt darauf ab, dieses Modell um Quantenressourcen für Workloads zu erweitern, bei denen klassische Systeme und KI allein nicht ausreichen.
KI-gestützte Quantenanwendungsentwicklung
IBMs Phase-I-Projekt untersucht einen umgekehrten Arbeitsablauf zur Identifizierung von Quantencomputeranwendungen. Anstatt mit einem wissenschaftlichen Problem zu beginnen und nach einem Quantenalgorithmus zu suchen, plant IBM, mit bekannten Quantenalgorithmen zu starten und einen KI-gestützten Forschungsassistenten einzusetzen, um in der veröffentlichten Literatur wissenschaftliche Probleme zu finden, die den Anforderungen der Algorithmen entsprechen.
Das System würde Forschungsarbeiten sichten, mögliche Algorithmen für Problemstellungen identifizieren, diese anhand von manuell definierten Kriterien bewerten und eine Erläuterung für die Forschenden zur weiteren Auswertung bereitstellen. Ziel ist es, den manuellen Aufwand bei der Durchsicht wissenschaftlicher Literatur zu reduzieren und Anwendungsfälle aufzudecken, die sonst möglicherweise übersehen würden.
Die Phase-I-Förderungen des US-Energieministeriums (DOE) dienen der Etablierung und Erprobung von Forschungsabläufen vor einer umfassenderen Finanzierung und Implementierung. Die Teams werden evaluieren, ob KI-gestützte Ansätze die Forschung beschleunigen, die Vorhersagegenauigkeit verbessern, experimentelle Arbeitsabläufe optimieren oder neue Forschungsmöglichkeiten aufzeigen können.
Quantensysteme für DOE-Labore verfügbar
IBM kündigte an, Systeme wie den 156-Qubit-Quantencomputer IBM Quantum Heron und den 120-Qubit-Quantencomputer IBM Quantum Nighthawk den nationalen Laboren des US-Energieministeriums und ihren Forschungspartnern zur Verfügung zu stellen. Das Unternehmen wird zudem technische Unterstützung für die Integration der Quantenhardware in die bestehenden KI- und HPC-Umgebungen der Labore anbieten.
IBM betreibt 15 Quantensysteme und meldet eine Verfügbarkeit von über 97 Prozent für die gesamte Flotte. Die neueste Nighthawk-Architektur umfasst 120 programmierbare Qubits, unterstützt mehr als 5,000 Quantenoperationen und erreicht einen Durchsatz von bis zu 100,000 Schaltkreisen pro Sekunde.
Der praktische Nutzen des Programms hängt eher von der Workflow-Integration als von der Quantenhardware allein ab. Quantensysteme werden voraussichtlich selektiv eingesetzt: KI dient der Eingrenzung großer Forschungsfelder, während konventionelle, GPU-beschleunigte Supercomputer Simulation und Datenverarbeitung übernehmen. Quantenprozessoren können dann gezielt für spezifische Teile einer Arbeitslast eingesetzt werden, die sich mit klassischen Methoden nur schwer effizient modellieren lassen.
Die Forschung an geschmolzenem Salz veranschaulicht das Modell
IBM verwies auf eine kürzlich erfolgte Zusammenarbeit mit dem Oak Ridge National Laboratory und der Cleveland Clinic als Beispiel für diesen Ansatz. Die Organisationen nutzten einen quantenzentrierten Arbeitsablauf, um geschmolzene Salze zu untersuchen, die für die Tritiumbrennstoffproduktion für Fusionsenergiesysteme relevant sind.
KI-Systeme durchsuchten und filterten Kandidatenmaterialien aus dem Forschungsarchiv für Schmelzsalze des ORNL, das rund 70 Jahre Forschung umfasst. GPU-beschleunigte Supercomputer modellierten die in die engere Wahl gekommenen Materialien, während Quantencomputer für die rechenintensivsten Aspekte der Simulationen eingesetzt wurden.
Diese Arbeitsteilung entspricht dem übergeordneten Ansatz der Genesis-Mission. Lux soll kurzfristig eine Plattform für integrierte KI- und HPC-Workflows bereitstellen, darunter Simulationen, digitale Zwillinge, autonome Laborumgebungen und persistente KI-Dienste. Das IBM-Projekt führt Quantencomputing als zusätzliche Ressource ein, die in diese Workflows integriert werden kann, sobald geeignete wissenschaftliche Anwendungen vorliegen.
Die Roadmap der Genesis-Mission umfasst auch Discovery, ein Exascale-System, dessen Auslieferung am ORNL für 2028 geplant ist. Discovery soll mit AMD EPYC „Venice“-Prozessoren der 6. Generation , AMD Instinct MI430X-GPUs und einer HPE Cray-Plattform mit DAOS-Speicher ausgestattet sein. Lux, Discovery und die zugehörigen Quantenressourcen bilden zusammen die Grundlage einer DOE-Strategie, die auf die schrittweise Integration von KI, HPC, Daten und neuen Rechenarchitekturen in wissenschaftliche Forschungsprozesse abzielt.
IBM arbeitet bereits mit Laboren des US-Energieministeriums zusammen, darunter Lawrence Berkeley, Oak Ridge und Los Alamos. Das Projekt „Genesis Mission“ formalisiert einen weiteren Weg, um zu evaluieren, wo Quantencomputing neben der in nationalen Laboren eingesetzten KI- und HPC-Infrastruktur einen messbaren Mehrwert bieten kann.
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