28.01.2021

Quantencomputing: Hohes Zukunftspotenzial für die Industrie

Das FZI, die Universität Stuttgart, die Universität Tübingen sowie die Fraunhofer-Institute IAO, IPA und IAF schaffen im Projekt »SEQUOIA« Grundlagen für gezielten Einsatz von Quantencomputern in der Wirtschaft. Nach dem bereits 2020 gestarteten, durch das BMWi geförderte Projekt QuantumLeap zur Standardisierung von Post-Quanten-Kryptographie für die Finanzwirtschaft ist es das zweite Projekt zum Thema Quantencomputing am FZI.

Bild: Adobe Stock, BAIVECTOR

Die »Roadmap Quantencomputing« der Bundesregierung hat das Ziel gesetzt, dass Deutschland in Zusammenarbeit mit europäischen Partnern in der Lage sein muss, innerhalb der nächsten zehn Jahre einen einsatzfähigen Quantencomputer zu bauen und zu betreiben. Das zeigt, welches Potenzial in der Technologie steckt und wie wichtig sie auch für die Wirtschaft und Wissenschaft ist. So können Quantencomputer hochkomplexe Aufgaben lösen und in unzähligen Bereichen hilfreich sein: bei der Optimierung von Produktionsabläufen, der Entwicklung medizinischer Wirkstoffe oder in der Gastronomie bei der genauen Berechnung von Einkäufen. Im Wettbewerb mit anderen Ländern könnte Deutschland damit als zukunftsweisender Technologiestandort noch mehr an Bedeutung gewinnen. Das Projektkonsortium rund um das federführende Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO erforscht und entwickelt nun im Projekt »SEQUOIA« die Potenziale weiter, um Quantencomputing für die Industrie nutzbar zu machen. Dabei steht das Akronym des Projektnamens für das Software-Engineering industrieller, hybrider Quantenanwendungen und -algorithmen.

Bedarfe identifizieren, um die wirtschaftliche Nutzung zu ermöglichen

Die wesentlichen Ziele von SEQUOIA sind die Erforschung, Entwicklung und Erprobung neuer Methoden, Werkzeuge und Vorgehensweisen für Quantencomputing, um zukünftig die industrielle Nutzung hybrider Quantenanwendungen und -algorithmen zu ermöglichen. Dabei werden insbesondere drei Themenfelder ins Zentrum gerückt:

  • Der Aufbau eines Anwendungszentrums für Quantencomputing
    Demonstrierbare Anwendungen und Algorithmen werden unter anderem für folgende Bereiche entwickelt: Fertigung, Entwicklung, Industrierobotik und Logistik, Energie, Finanzwirtschaft, Mobilität und Gesundheitswesen.
  • Entwicklung eines Komponentenbaukastens
    Wie kann die Zusammenarbeit zwischen herkömmlichen Systemen und Quantenrechnern aussehen? Die Bereitstellung von Softwarekomponenten für hybride Quantenanwendungen und -algorithmen könnte diese Frage lösen.
  • Entwicklung eines SEQUOIA-Modells für Quantensoftware-Engineering
    Wie sieht der Software-Lifecycle für hybride Quantenanwendungen aus? Welche Prozesse und Best Practices gibt es für Entwicklung, Test und Betrieb?

Die Basis für das Projekt ist die von IBM zur Verfügung gestellte Hardware »Q System One« – sowie weitere Quanten­computer über die Cloud. Das gemeinsame Fraunhofer-Kompetenzzentrum »Quantencomputing Baden-Württemberg« mit dem Fraunhofer IAF schafft die Grundlagen für die anwendungsnahe Forschung an der nächsten Generation von Hochleistungscomputern. Dazu gehören die technischen Rahmen­bedingungen, das Anwendungs- Know-how für die IBM-Technologien, eigene Simulations- und Softwareentwicklungscluster sowie geeignete Schulungsangebote und Räumlichkeiten.

»Das Projekt soll das erforderliche Verständnis dafür schaffen, Anwendungsfelder zu charakterisieren, Potenziale systematisch zu bewerten und Lösungselemente individuell angepasst bereitzustellen. Zudem wollen wir in der allgemeinen Öffentlichkeit dazu beitragen, Baden-Württemberg als Standort der Forschung und Entwicklung für Quantencomputing zu etablieren«, sagt Falko Kötter, Projektleiter und Wissenschaftler am Fraunhofer IAO.

Infoveranstaltung »Quantencomputing« – von der Forschung ins Unternehmen

Bei der Auftaktveranstaltung des Projekts am 02. März 2021 erhalten die Teilnehmenden Informationen dazu, welche Potenziale Quantencomputing bietet und wie Unternehmen bei der Ausgestaltung im Rahmen des Projekts »SEQUOIA« aktiv mitwirken können. Sie können so Anwendungsfelder und Einsatzmöglichkeiten auf ihr eigenes Unternehmen übertragen und werden in die Lage versetzt, Entwicklungspfade der Technologie mitzugestalten. Zudem wird über weitere Schulungs- und Vernetzungsformate informiert, um Unternehmen mit Interesse zum Thema Quantencomputing zu vernetzen und in den Austausch zu bringen.

Das Landesministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau fördert das Projekt »SEQUOIA« sowie fünf weitere Verbundforschungsprojekte im Rahmen des Fraunhofer Kompetenzzentrums »Quantencomputing Baden-Württemberg« mit insgesamt 19 Mio. Euro.

Die Projektpartner bestehen neben dem Koordinator Fraunhofer IAO aus dem Fraunhofer IPA, Fraunhofer IAF, den Universitäten Stuttgart und Tübingen, dem FZI Forschungszentrum Informatik und Akteuren aus der Wirtschaft. Assoziierte Partner und weitere Multiplikatoren, z. B. Verbände wie Bitkom, stellen einen erfolgreichen Transfer in die Wirtschaft und Wissenschaft sicher.