SEQUOIA: Software-Engineering industrieller, hybrider Quantenanwendungen und –algorithmen

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Das Fraunhofer IPA ermittelt im Förderprojekt SEQUOIA Potenziale des Quantencomputings für die Industrie.

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« baut auf die neusten Grundlagen und Forschungsergebnisse zum Thema Quantencomputing auf und verfolgt das Ziel, im Speziellen die Potenziale von Quantencomputing für die Industrie zu erforschen und für die zukünftigen Anwendungen nutzbar zu machen. Das Akronym des Projektnamens weist dabei auf die wesentlichen Forschungspunkte im Projekt: das Software-Engineering industrieller hybrider Quantenanwendungen und -algorithmen.

Zusammen mit Partnern aus Forschung und Industrie erforscht das Fraunhofer IPA die Grundlagen für den gezielten anwendungsorientierten Einsatz von Quantencomputern und Quantenalgorithmen in der Wirtschaft.

Das Verbundprojekt wird im Rahmen des Kompetenzzentrums Quantencomputing Baden-Württemberg durchgeführt.

Im Detail

Die wesentlichen Ziele von »SEQUOIA« sind die Erforschung, Entwicklung und Erprobung neuer Methoden, Werkzeuge und Anwendungen für Quantencomputing. Der Schlüssel zur optimalen Anwendung kann die sogenannte Hybridisierung sein, bei der sowohl konventionelle Computer als auch Quantensysteme zum Einsatz kommen. Im Projekt »SEQUOIA« soll die industrielle Nutzung hybrider Quantenanwendungen und -algorithmen untersucht und ermöglicht werden.

Zu Beginn des Projekts wird eine systematische Untersuchung von Anwendungsfeldern und Anwendungsfällen in Bezug auf Potenziale, Algorithmen und Methoden des Quantencomputings durchgeführt. Aufbauend darauf werden neue Methoden, Werkzeuge und Algorithmen bis hin zu komplexen Verfahren entwickelt und veranschaulicht.

Die größten wissenschaftlich-technischen Verbesserungspotenziale liegen in den Arbeiten zur Entwicklung und Erprobung geeigneter Algorithmen, Werkzeuge und Methoden für das Quantensoftware-Engineering. Alle Ergebnisse fließen im SEQUOIA Software-Engineering-Modell zusammen, das mit Prozessen und Best Practices als Blaupause für die Umsetzung von Quantensoftware dient.

Zusammengefasst stehen im Projekt drei Fokusfelder mit drei wesentlichen Zielen im Zentrum:

  • 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 werden vor allem durch den Know-how-Aufbau und –Transfer erschlossen. In diesem Zusammenhang werden 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 entstehenden 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

Fördergeber

Projektlaufzeit: 1. Januar 2021 bis zum 31. Dezember 2022

Projektvolumen: 6.162.226,00 Euro