Das EMI als Partner im Quantencomputing-Projekt EFFEKTIF – Stabilitätsanalyse kritischer Infrastrukturnetzwerke

© Fraunhofer EMI
Die Topologien und Symmetrien von klassischen Netzwerken werden auf Quantennetzwerke abgebildet. Untersucht wird, ob quanten- mechanische Verschränkungseffekte die Effizienz von Simulationen steigern können.

Im Projekt EFFEKTIF haben sich die Wissenschaftler:innen der Stabilitätsanalyse und Fehlerkorrektur kritischer Infrastrukturnetze, wie zum Beispiel die Wasser- und Stromversorgung oder Kommunikationsnetzwerke, verschrieben. Solche Netzwerke können zwar als endliche, meist gekoppelte Systeme modelliert werden, jedoch werden mit zunehmender Größe eines Netzwerks dessen mögliche Störszenarien komplexer. Die Folge ist, dass es schwieriger wird, Probleme des Netzwerks mithilfe von Simulationen in Echtzeit zu lösen.  

Die Wissenschaftler:innen erforschen aktuell, ob es eine geeignete Strategie gibt, die einen adäquaten Umgang mit den zunehmend komplexeren Störszenarien größer werdender Netzwerke ermöglichen kann: Dies soll geschehen, indem typische Netzwerkstrukturen auf Quantennetzwerke abgebildet und auf IBM-Quantenhardware implementiert werden. Auf diese Weise möchten die Forscher:innen versuchen einzuschätzen, inwiefern quantenmechanische Verschränkungseffekte die Effizienz von Simulationen für die Problemlösung bei gestörten Netzwerken steigern können.

Das Fraunhofer EMI ist mit der Gruppe Agentenbasierte Simulationsmethoden innerhalb der Abteilung Sicherheitstechnologie und Baulicher Schutz neben der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg mit der Abteilung für Quantenoptik des Physikalischen Instituts am Projekt EFFEKTIF beteiligt. Weiter ist die Überlandwerk Mittelbaden GmbH & Co. KG assoziierter Partner des Projekts, der an dieser Stelle eine Beratungsfunktion inne hat.

Das Projekt EFFEKTIF als eines von sechs Verbundprojekten des Fraunhofer-Kompetenzzentrums »Quantencomputing Baden-Württemberg«

Das Projekt EFFEKTIF ist mit der Erforschung des Potenzials der Quantencomputing-Technologie eines von sechs Verbundprojekten in Baden-Württemberg, die im Rahmen des Fraunhofer-Kompetenzzentrums »Quantencomputing Baden-Württemberg« durchgeführt und für zwei Jahre mit über 19 Millionen Euro vom Landesministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau gefördert werden. Das Fraunhofer IAF in Freiburg und das Fraunhofer IAO in Stuttgart sind dabei verantwortlich für das baden-württembergische Kompetenzzentrum. Die beiden Institute bieten zudem den kostenlosen DigitalDialog »Quantencomputing: Mythos und Realität« an, bei dem sich Interessierte ohne spezifische Vorkenntnisse über Quantencomputer informieren können. Mehr unter Quantencomputing: Mythos und Realität - Fraunhofer IAO.

Im Januar 2021 wurden die ersten Projekte im Kompetenzzentrum Quantencomputing bewilligt. An den Verbundprojekten sind sechs Fraunhofer-Institute, 16 Universitäts-, Hochschul- und außeruniversitäre Institute des Landes sowie 40 assoziierte Unternehmenspartner aus Baden-Württemberg und anderen Bundesländern beteiligt.
 

Forschungs- und Anwendungsbereiche des Quantencomputing

Mit den Projekten innerhalb des Kompetenzzentrums Baden-Württemberg sollen schwerpunktmäßig das Quantencomputing für das Design neuer Materialien und quantenchemischer Reaktionen, Quantencomputer und -algorithmen zur Optimierung komplexer Zustandssysteme sowie die Entwicklung leistungsfähiger Quantenspeicher und skalierbarer Quantenprozessoren erforscht werden. Mögliche Anwendungsbereiche sind dann unter anderem die Modellierung von Batterien und Brennstoffzellen, Anwendungen und Algorithmen für Fertigung, Entwicklung, Logistik, Energie und Finanzwesen und weiter, wie beim Projekt EFFEKTIF, Stabilitätsanalysen kritischer Infrastrukturnetzwerke.
 

Regionales Zentrum als Teil des bundesweiten Fraunhofer-Kompetenznetzwerks Quantencomputing

Jedoch markieren die Projekte des Kompetenzzentrums Baden-Württemberg erst den Beginn eines viel größeren Vorhabens der Fraunhofer-Gesellschaft: die Etablierung des bundesweiten Fraunhofer-Kompetenznetzwerks Quantencomputing mit dem Ziel, Quantencomputing als neue Schlüsseltechnologie in Deutschland zu verbreiten. Dieses Netzwerk ist in sieben regionalen Kompetenzzentren mit eigenen Forschungsschwerpunkten organisiert. Die Zentren wurden mit dem Schulungs- und Weiterbildungsangebot der Fraunhofer Academy aufgebaut, das sich an Nutzer:innen richtet, die eigene Algorithmen auf Quantencomputern entwickeln und testen möchten. Der wichtigste Knotenpunkt des Netzwerks ist jedoch der Quantencomputer IBM Q System One in Ehningen, Baden-Württemberg. An diesem Standort errichtet die Fraunhofer-Gesellschaft eine Forschungsplattform, um unter anderem herauszufinden, wie Quantencomputer möglichst schnell in die Anwendung kommen und welche Art von Problemen sie lösen können. Das Netzwerk, dessen Herzstück Ehningen ist, ist als erste Anlaufstelle für all diejenigen gedacht, die Interesse an der Forschung mit Quantencomputern haben. Demnach kann jedes interessierte Unternehmen sowie jede Forschungsorganisation in Deutschland Partner im Netzwerk werden. Unternehmen profitieren als Partner beispielsweise davon, dass sie so Fachkompetenzen über das Quantencomputing aufbauen können.
 

Weitere Informationen und Kooperationsmöglichkeiten:

Kompetenzzentrum Baden-Württemberg: www.iaf.fraunhofer.de/KQC und kqc@iaf.fraunhofer.de.

Fraunhofer Kompetenznetzwerk Quantencomputing und Geschaeftsstelle-QC@fraunhofer.de.