Forschung im Bereich personalisierte Medizin und Quantencomputing

Das Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) und Fujitsu Limited unterzeichneten am 19. April eine Vereinbarung über die Zusammenarbeit sowohl zur Förderung personalisierter Medizin durch die Nutzung klinischer Daten als auch zur Weiterentwicklung von Quantensimulationstechnologien unter Verwendung von Tensornetzen (1). Auf Basis dieser Vereinbarung beginnen die gemeinsamen Forschungsaktivitäten im Mai 2023.

Mit dem ersten Kooperationsprojekt wollen sich das BSC und Fujitsu als führende Unternehmen in einem neuen, für die Präzisionsmedizin entscheidenden Bereich positionieren. Dabei geht es vor allem um die Fähigkeit, verschiedene Arten von Daten für den Einsatz in Kliniken nutzbar zu machen – von molekularen Merkmalen im Genom bis hin zu grossflächigen Merkmalen in Röntgenbildern.

Auf diese Weise tragen beide Unternehmen nicht nur dazu bei, die Erkennung von Krankheiten zu verbessern, sondern auch die Belastung der Ärzte bei der Diagnose zu verringern. Es werden bereits grosse Anstrengungen unternommen, um klinische Daten sowohl auf nationaler als auch auf europäischer Ebene verfügbar zu machen. Jedoch steckt die Entwicklung von Technologien zur vollständigen Nutzung solcher Daten noch in den Kinderschuhen.

Durch die Kooperation bündeln die Partner ihre Kompetenzen in idealer Weise. Auf der einen Seite steht das Know-how des BSC-Fachbereichs für Biowissenschaften bei der natürlichen Sprachverarbeitung medizinischer Aufzeichnungen, der Genomik und bei mehrschichtigen Netzwerken. Auf der anderen Seite bringt Fujitsu seine bestehende Forschung in den Bereichen KI in der Genomik, der gross angelegten Kausalitätserkennung, der Computer Vision und HPC-Hochgeschwindigkeitsrechner-Technologie in die Kooperation ein.

Ziel beider Parteien ist es, eine zukunftsfähige multimodale KI-Technologie für die Präzisionsmedizin zu realisieren – durch die Entwicklung medizinischer Daten mit graphischen Strukturen in grossem Massstab unter Nutzung der jeweiligen Stärken. Ein weiteres elementares Ziel der Zusammenarbeit ist die Entwicklung digitaler Zwillinge in der Biomedizin, die Genomik-, medizinische und bildgebende Daten als Input für Modelle biologischer Prozesse und zellulärer Interaktionen nutzen.

Die zweite Initiative fokussiert auf die Simulation von Quantenschaltungen mithilfe von Tensornetzen. Simuliertes Quantencomputing bietet die Möglichkeit, neue Quantenalgorithmen unter Bedingungen zu entwerfen, zu entwickeln und zu testen, die in experimentellen Geräten heute noch nicht verfügbar sind.

Die Realisierung von mehr Quantenschaltkreis-Berechnungen ist eine Herausforderung, da aktuelle Quantensimulatoren für jeden zusätzlichen Qubit im Schaltkreis eine Verdopplung des Speicherbedarfs benötigen. Daher setzen die Forschungspartner spezielle Tensornetzwerke ein, um die Berechnungskomplexität von Quantenschaltungen zu reduzieren, und um einen Quantensimulator zu entwickeln, der mit der gleichen Speicherkapazität wie bisher grosse Quantenschaltungen berechnen kann. Damit werden Simulationen möglich, die in ihrem Umfang mit den besten aktuellen Quantengeräten vergleichbar sind.

Im Rahmen des Projektes entwickeln BSC und Fujitsu neue High-Performance-Computing (HPC) Tensornetzwerk-Methoden, die sich für Fujitsu-Systeme und andere moderne Architekturen eignen. In einer zweiten Phase werden die Ergebnisse auf relevante industrielle Kundenprobleme angewandt – einschliesslich einer umfassenden Studie über mögliche Anwendungen der Quantenschaltungssimulation.

Dazu Mateo Valero, Direktor des BSC: «Die Partnerschaft mit Fujitsu bildet den Höhepunkt einer jahrelangen Zusammenarbeit. Sie ermöglicht, die Forschung in zwei so wichtigen Bereichen wie der personalisierten Medizin und dem Quantencomputing entscheidend voranzutreiben. Die gemeinsame Forschung soll zu neuen Technologien führen, die der Gesellschaft insgesamt zugutekommen.»

Vivek Mahajan, CTO & CPO von Fujitsu Limited SEVP, fügt hinzu: «Wir freuen uns, mit dem BSC zusammenzuarbeiten. Damit beschleunigen wir die Forschung und Entwicklung im Bereich multimodaler KI und Quantensimulatoren entscheidend. In der Folge bauen wir auf diesem gemeinsamen Forschungsprogramm auf, erweitern unser Angebot fortschrittlicher Computer- und KI-Technologien und entwickeln neue praktische Anwendungen. Unser Ziel ist eine nachhaltige Gesellschaft und unsere Positionierung als Vorreiter bei der nachhaltigen Technologieentwicklung. Fujitsu wird die gemeinsame Forschung auf globaler Ebene weiter aktiv vorantreiben.»

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Über Fujitsu
Fujitsu ist ein globaler Partner für die Digitale Transformation und hat sich zum Ziel gesetzt, die Welt nachhaltiger zu gestalten und mit Innovationen das Vertrauen in die Gesellschaft zu fördern. Mit rund 124.000 Mitarbeiter unterstützt Fujitsu seine Kunden in über 100 Ländern, einige der grössten Herausforderungen der Menschheit zu lösen. Das Dienstleistungs- und Lösungsportfolio für nachhaltige Transformation basiert auf fünf Schlüsseltechnologien: Computing, Networks, AI, Data & Security und Converging Technologies. Im Geschäftsjahr 2021 (zum 31. März 2022) erzielte Fujitsu Limited (TSE:6702) mit Hauptsitz in Tokio, Japan, einen konsolidierten Jahresumsatz von 3,6 Billionen Yen (32 Milliarden US-Dollar) und bleibt, gemessen am Marktanteil, das führende Unternehmen für digitale Dienstleistungen in Japan. http://www.fujitsu.com