Meilenstein der kommenden Revolution

Angewandtes Quantencomputing

Mit Beginn 2022 hat das neue Zentrum für Angewandtes Quanten- computing (ZAQC) am Fraunhofer IGD seine Arbeit aufgenommen. Es eröffnet Forscherinnen und Forschern herausragende Möglichkeiten, das Potenzial von Quantencomputern für die Industrie nutzbar zu machen und den Einsatz dieser bahnbrechenden Technologie voranzutreiben.

Quantencomputer werden den Nutzen der Computertechnik revolutionieren. Während herkömmliche Rechner nur zwischen Null und Eins zu unterscheiden vermögen, können Quantencomputer in ihre Berechnungen auch Zwischenzustände einfließen lassen und Rechenoperationen nicht nacheinander, sondern parallel durchführen. Damit stellen sie die Rechenleistung konventioneller Computer deutlich in den Schatten, was einzelne Problemstellungen anbelangt. Diese Technologie einzusetzen, eröffnet der Industrie und Wirtschaft unter Umständen weitreichende Anwendungsmöglichkeiten, denn sie hilft beispielsweise dabei, hochkomplexe Ereignisse zu simulieren – etwa für die chemische Industrie – oder Milliarden von Prozessen in Echtzeit zu steuern.

Doch bevor es in einigen Jahren so weit ist, müssen Quantencomputer leistungsstärker und fehlertoleranter werden. Auch müssen sie – etwa durch eine entsprechende Programmierung – »fit« gemacht werden für ihren spezifischen Einsatz. »Wir müssen wissen, was mit Quantencomputern möglich ist, auf welche Weise dies möglich ist und was Problemstellungen in Wissenschaft und Industrie von einer Anwendung erwarten können«, sagt Prof. Dieter W. Fellner, Leiter des Fraunhofer IGD und Leiter des Zentrums für Angewandtes Quantencomputing. Aufgabe des ZAQC werde es sein, diese zentralen Fragen zu beantworten. Das Land Hessen unterstützt dabei mit einer Fördersumme von über drei Millionen Euro. Das Zentrum ist zudem Teil des nationalen Kompetenznetzwerks Quantencomputing der Fraunhofer-Gesellschaft.

 

»Guten Tag, Herr Prof. Fellner. Quantencomputer könnten zum Zentrum herausragender technischer Entwicklungen der Zukunft werden. Sehen Sie das auch so?«

Ja, denn Quantencomputer werden uns zahlreiche Erkenntnisse ermöglichen, die wir sonst kaum gewinnen könnten. Insofern teile ich die Euphorie. Allerdings stehen wir noch am Anfang: Wir können heute weder in Deutschland noch auf internationaler Ebene konkrete Aussagen darüber treffen, wie wir Quantencomputer möglichst gewinnbringend einsetzen könnten. Wir brauchen qualifizierte Aussagen darüber, was möglich ist und wie wir dies erreichen können.

 

»Genau hier setzt das neue Zentrum für Angewandtes Quantencomputing, kurz ZAQC, am Fraunhofer IGD an, richtig?«

Richtig. Wir wollen die Potenziale von Quantencomputern identifizieren, wenn es darum geht, industrielle Fragestellungen zu beantworten. Wir wollen der Wirtschaft diesen neuen Markt der Möglichkeiten zugänglich machen. Unser Fokus dabei liegt zunächst auf dem praktischen Nutzen für Industriebereiche – wie die Materialwissenschaften, die Chemie, die Logistik, das Finanzwesen oder den Bereich der Cybersicherheit. Wir überprüfen die Einsatzmöglichkeiten für konkrete Problemstellungen und machen unsere Ergebnisse für Unternehmen nutzbar. Denken Sie hier beispielsweise an weitreichende neuartige Einsätze beim Einschätzen von Prozessabläufen, an die Simulation von Reaktionsketten oder an die Auswertung, Sicherung und Verwaltung von Daten. Das dürfte signifikante Auswirkungen haben auf die Produktentwicklung, Qualitätskontrolle, Risikoabschätzung oder auch auf die Verkehrsplanung.

 

»Ähnliches gilt vermutlich für den Bereich der Entwicklung von Medikamenten?«

Ich hoffe, dass Quantencomputer auch dank unserer Forschung effizient analysieren können, wie Medikamente zusammengesetzt sein müssen und wie effektiv sie wirken, sodass nur noch die erfolgsträchtigsten Wirkstoffmischungen im Labor weiterentwickelt werden müssen. Das wäre ein signifikanter Durchbruch – auch in Bezug auf die Entwicklung von Impfstoffen.

 

»Am ZAQC wollen Sie unter anderem spezielle Middleware entwickeln, welche die Programmierung von Quantencomputern erleichtert.«

Wir arbeiten an Algorithmen, die – ähnlich wie bei klassischen Systemen – nicht nur auf speziellen Quantencomputern laufen, sondern auch auf möglichst vielen der aktuell schon arbeitenden und der künftig zu erwartenden Computer im In- und Ausland. Erst dann wird es möglich werden, aus dem abstrakten, aber gigantischen Potenzial der Quantencomputer den konkreten Mehrwert für Gesellschaft und Wirtschaft abzuleiten.

 

»Parallel zu den konkreten Anwendungsszenarien geht das Forschen an der Entwicklung des Quantencomputers an sich weiter...«

Beides geht Hand in Hand. Dank des nationalen Kompetenznetzwerks Quantencomputing der Fraunhofer-Gesellschaft können wir hervorragende Voraussetzungen nutzen, denn das Netzwerk besteht wiederum aus regionalen Kompetenzzentren in insgesamt sieben Bundesländern. Jeder Fraunhofer-Knoten hat einen eigenen Forschungsschwerpunkt, und wir haben ein gemeinsames Ziel: neue technologische Lösungen auf dem Gebiet des Quantencomputings erforschen und entwickeln, um möglichst umfassend und nutzbringend von dieser fantastischen Technik zu profitieren.

 

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