Quanten-Computing Tools und Services für industrielle Anwendungen ermöglichen (QuaST)

Um einen wirklichen Nutzen aus Quantencomputern (QC) zu ziehen, ist es notwendig auch die passenden Werkzeuge und Dienstleistungen zu entwickeln, die zum einen auf die Problemstellung ausgerichtet sind und zum anderen mittels QC bearbeitet werden können. Dazu entwickeln die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IIS im Forschungsprojekt QuaST (Quantum-enabling Services und Tools für industrielle Anwendungen) nötige Software und Services, um akademischen und industriellen Anwendern die Nutzung von aktuell und zukünftig verfügbaren Quantencomputern zu ermöglichen bzw. zu erleichtern. Zu den Anwendungsfällen zählen komplexe Optimierungsprobleme wie Scheduling-Probleme, Optimierung von Lieferketten, sowie in betriebswirtschaftliche Prognosen.

Effiziente Lösungsverfahren für komplexe Optimierungsprobleme

Im Fokus des Projekts steht die Entwicklung effizienter Lösungsverfahren für komplexe Optimierungsprobleme. Dazu betrachtet das Fraunhofer IIS bestehende Methoden und fokussiert sich dabei auf zwei Kategorien: 

Zum einen werden auf systematische Art und Weise auf die Ausrichtung ausgerichtete (De-)Kodierungsstrategien für klassische Information untersucht. Hierbei stellen sich die Forschenden die Frage, wie Daten auf Quantencomputern effizient verarbeitet und ausgelesen werden können. 

Zum anderen werden Dekompositionsmethoden, sprich Problemzerlegungen in handhabbare Problemgrößen, und ihr Nutzen für die jeweilige Anwendung analysiert. Die Dekomposition mittels Quantencomputer wird auf zwei Ebenen stattfinden: Erstens wird ein Berechnungsproblem gemäß einer zu entwickelnden »divide and conquer«-Strategie in High-Performance-Computing (HPC)- und Quantum Processign Unit (QPU)-Anteile zerlegt und zweitens werden die QPU-Anteile bzw. die zugehörigen Quantenschaltkreise gemäß einer »quantum divide and compute«-Strategie in kleinere Berechnungsprobleme mit geringeren Hardware-Anforderungen zerlegt. 

Die Untersuchung und Weiterentwicklung dieser Methoden mündet in entsprechende Werkzeuge zur automatisierten (De-)Kodierung und Dekomposition, und ist mit der Entwicklung eines entsprechenden Job-Handling für die Anwendung gekoppelt.

 

Anwendungsnahe Forschung

 

Eine Kernkompetenz des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS ist der Transfer neuer algorithmischer Technologien aus der Grundlagenforschung in die Anwendung. Unsere Forscherinnen und Forschern haben Jahrelange Erfahrung in der Entwicklung moderner Bildgebungsverfahren für Röntgentechnik, Maschine Learning in Lokalisierungstechnologien, sowie Optimierungsverfahren für industrielle und logistische Prozessen. Die dort angewandten Algorithmen können ganz wesentlich von QC-Methoden und Werkzeugen profitieren. Im Rahmen von »QuaST« haben wir es uns zur Aufgabe gemacht, diese Potentiale zu erschließen.

Quantentechnologien

Am Projekt QuaST sind die Frauhofer-Institute Fraunhofer IKS, AISEC, IISB, sowie die Technische Universität München (TUM), das Leibniz-Rechenzentrum der bayrischen Akademie der Wissenschaften (LRZ), IQM, ParityQC, DATEV und Infineon beteiligt. Mehr Informationen zu Quantentechnologien finden Sie hier:

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