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Im Rahmen dieser Studie werden neben einer kurzen Einführung in das Benchmarken von gatterbasierten Quantencomputern auch aktuelle Herausforderungen und dazugehörige Lösungsansätze sowie der aktuelle Stand der Standardisierung in diesem Bereich beleuchtet. Mit dem im Rahmen des WebMarQC-Projekts entwickelten Prototyps einer über einen Webservice erreichbaren und bedienbaren Benchmarking Suite wird eine Möglichkeit zur Verwertung und Nutzbarmachung von Ergebnissen aus unterschiedlichen Benchmarking-Vorhaben vorgestellt. Durch die Möglichkeit, vorausgewählte Input-Parameter im Einklang mit Standardisierungsaktivitäten oder dem aktuellen wissenschaftlichen Konsens zu nutzen, diese in einem Benchmarking-Report zusammen mit weiteren aussagekräftigen Metadaten abzubilden und bei Bedarf vollständig auf Nutzerseite anzupassen, werden Impulse für die Vergleichbarkeit, Transparenz und Reproduzierbarkeit von Benchmarks gesetzt. Ferner werden parallelisierte beziehungsweise simultan ausgeführte Benchmarks beleuchtet und die Relevanz für NISQ-Hardware mit verfügbaren Qubits im höheren zweistelligen bis dreistilligen Bereich aufgezeigt. Schließlich werden eine Reihe von Handlungsempfehlungen formuliert, welche auf den bisherigen Entwicklungen aufbauend strategische Möglichkeiten zur Weiterverfolgung, Weiterentwicklung und Verwertung von bisherigen Ergebnissen aus unterschiedlichen Benchmarking-Vorhaben sowie der Standardisierung aufzeigen.

Current State of Science and Technology: In addition to a brief introduction of the topic of gate-based quantum computing benchmarking, the WebMarQC study highlights current challenges and associated solutions as well as the current state of standardization in this area. This includes a list of current national and international benchmarking projects as well as DIN SPEC 91480 for benchmarking gate-based quantum computers.

Justification/Study Objective: Based on current benchmarking projects and standardization activities, the aim of WebMarQC is to develop a prototype for a web-based benchmarking tool for gate-based quantum computers, which ties in with the benchmarking strategies and requirements as well as the metrics from DIN SPEC 91480, and makes previous benchmark implementations from the EniQmA project usable in a vendor-neutral and high-performance oriented manner using the Qrisp high-level quantum programming language. The obtained insights and the implementation of the prototype are disseminated in the form of a study, which is also suitable as a basis for the further development of the service as well as future scientific work, thereby providing a first step for the community towards the utilization of standards-based quantum computing benchmarks.

Methodology: A benchmarking suite prototype was developed as part of the WebMarQC project. This can be accessed and operated via a web service. The overall benchmarking suite offers the possibility for utilization and exploitation of results from different benchmarking projects. It offers the possibility of using preselected input parameters in accordance with standardization activities/documents or the current scientific consensus, and mapping them in a benchmarking report together with other meaningful metadata and, if necessary, adapting them completely on the user side. Furthermore, it provides the ground for the comparison, transparency and reproducibility of benchmarks. In addition, parallelized or simultaneous-executed benchmarks are highlighted and the relevance for NISQ hardware with available qubits in the higher two-digit to three-digit range is shown. Finally, a series of recommendations for action are formulated, which, based on the developments to date, show strategic possibilities for the follow-up, further development and utilization of previous results from various benchmarking projects and standardization.

Result: The following concrete results were obtained as part of WebMarQC:

• A prototype implementation of a web-based quantum benchmark based on Qrisp and DIN SPEC 91480
• A study that reports on the experience with the prototype and provides an overview of current KPIs and software kits for quantum benchmarking

Conclusion/Potential Applications

• The study formulates a series of recommendations for action that build on previous projects and show prospects for future developments.
• The prototype implementation can serve as the basis for a general web-based benchmarking service.