Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Das Fraunhofer IPA ermittelt im Förderprojekt SEQUOIA Potenziale des Quantencomputings für die Industrie.
SEQUOIA: Software-Engineering industrieller, hybrider Quantenanwendungen und –algorithmen
In Kürze
Quantencomputer gelten als vielversprechende Sprunginnovation für Maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz. Sie können riesige, komplexe Datensätze sehr schnell auswerten. Das Potenzial dieser quantenbasierten Rechner könnte sich schon in wenigen Jahren auf viele Wirtschaftsbereiche – etwa Medizin, Logistik, Energie, Finanz- und Versicherungswesen – auswirken, bestehende Anwendungsfälle beschleunigen und ganz neue ermöglichen.
Das Forschungsprojekt »SEQUOIA« verfolgte auf der Grundlage neuster Forschungsergebnisse zum Thema Quantencomputing das Ziel, die Potenziale von Quantencomputing für die Industrie zu erforschen und für die zukünftigen Anwendungen nutzbar zu machen.
Das Akronym des Projektnamens verweist auf die wesentlichen Forschungspunkte im Projekt: das Software-Engineering industrieller hybrider Quantenanwendungen und -algorithmen.
Zusammen mit Partnern aus Forschung und Industrie erforschte das Fraunhofer IPA die Grundlagen für den gezielten anwendungsorientierten Einsatz von Quantencomputern und Quantenalgorithmen in der Wirtschaft.
Das Verbundprojekt wurde im Rahmen des Kompetenzzentrums Quantencomputing Baden-Württemberg durchgeführt.
Im Januar dieses Jahres startete das Folgeprojekt »SEQUOIA End-to-End«. Seine Zielsetzung besteht darin, die Engpässe im gesamten Quanten-Software-Entwicklungsprozess transparent zu machen. Die Forschungsfragen, denen sich das Fraunhofer IPA im Projekt vorrangig widmet, liegen in der automatisierten Konstruktion und Bewertung geeigneter Codierungen klassischer Daten auf Quantencomputern (Feature Maps). Im Rahmen des Projekts werden Anwendungsfälle aus den Bereichen Produktion und Verifikation neuronaler Netze untersucht.
Im Detail
Die wesentlichen Ziele von »SEQUOIA« waren die Erforschung, Entwicklung und Erprobung neuer Methoden, Werkzeuge und Anwendungen für Quantencomputing in der industriellen Applikation.
Der Schlüssel zur optimalen Anwendung kann die sogenannte Hybridisierung sein, bei der sowohl konventionelle Computer als auch Quantensysteme zum Einsatz kommen. Im Projekt »SEQUOIA« wurde die industrielle Nutzung hybrider Quantenanwendungen und -algorithmen untersucht und ermöglicht.
Zu Beginn des Projekts wurde eine systematische Untersuchung von Anwendungsfeldern und Anwendungsfällen in Bezug auf Potenziale, Algorithmen und Methoden des Quantencomputings durchgeführt. Aufbauend darauf wurden neue Methoden, Werkzeuge und Algorithmen bis hin zu komplexen Verfahren entwickelt und veranschaulicht.
Das Projekt widmete sich den größten wissenschaftlich-technischen Verbesserungspotenzialen in den Arbeiten zur Entwicklung und Erprobung geeigneter Algorithmen, Werkzeuge und Methoden für das Quantensoftware-Engineering. Alle Ergebnisse wurden in der Studie »Quantencomputing in der industriellen Applikation« veröffentlicht und flossen im »SEQUOIA« Software-Engineering-Modell zusammen, das mit Prozessen und Best Practices als Blaupause für die Umsetzung von Quantensoftware dient.
Die folgenden zentralen Ziele aus drei wesentlichen Fokusfeldern konnten in »SEQUOIA« erreicht werden:
- Der Aufbau eines Quantenanwendungszentrums mit Anwendungen und Algorithmen, u. a. für die Bereiche Fertigung, Entwicklung, Industrierobotik und Logistik, Energie, Finanzwirtschaft, Mobilität und Gesundheitswesen
- Entwicklung eines Quantensoftware-Komponentenbaukastens, der als Grundlage für die Umsetzung von Anwendungskomponenten, Algorithmen, hybriden quanten-klassischen Lösungen sowie Demonstratoren dienen soll
- Entwicklung eines SEQUOIA-Modells für Quantensoftware-Engineering mit eigenen Methoden, Vorgehensweisen, Technologien und Erfahrungen aus dem Projekt
Die wirtschaftlichen Potenziale wurden vor allem durch den Know-how-Aufbau und –Transfer erschlossen. In diesem Zusammenhang wurden die Ergebnisse im SEQUOIA-Anwendungszentrum im Rahmen des Kompetenzzentrums »Quantencomputing Baden-Württemberg« kontinuierlich mit Experten und potenziellen Anwendern abgestimmt und einer breiten Fachöffentlichkeit zugänglich gemacht. Die entstandenen Demonstratoren zeigen, wie die entwickelten hybriden Lösungen neue Möglichkeiten und Potenziale auf professioneller Ebene realisieren und optimal umgesetzt werden können.
Projektpartner
- Fraunhofer IAF
- Fraunhofer IAO (Projekt-Koordinator)
- Fraunhofer IPA
- FZI Forschungszentrum Informatik
- Universität Stuttgart
- Universität Tübingen
Förderung
Gefördert durch das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau
