Hochleistungsrechner: Bayerisches Kompetenzzentrum erforscht Quantencomputing

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Die Entwicklung von Quantencomputern schreitet rasant voran. Um die Potenziale von Quantencomputing auch für die Industrie nutzbar zu machen, erforscht das Bayerische Kompetenzzentrum Quanten Security and Data Science BayQS relevante Fragestellungen, um Grundlagen für eine praxisnahe, vertrauenswürdige Nutzung zu schaffen.
Hochleistungsrechner

Quelle: IBM

Quantencomputer können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden: von Simulationen in Chemie- und Pharmaindustrie über effiziente Lösungen komplexer Optimierungsprobleme in Logistik-, Finanz- und Versicherungsindustrie, bis hin zu Anwendungen der künstlichen Intelligenz und Cybersicherheit. Doch aktuell steht die Industrie noch am Anfang, wenn es um den Einsatz von Quantencomputern geht. Das Bayerische Kompetenzzentrum für Quanten Security and Data Science BayQS verfolgt das Ziel, Grundlagenkonzepte zu erforschen und Lösungen zu entwickeln, um diese Hochleistungsrechner in der Breite anwendbar zu machen.

Hochleistungsrechner: Sicherheit, Robustheit und Optimierung

Der Schwerpunkt des Kompetenzzentrums BayQS liegt auf der Erforschung von Software-Fragestellungen, um Unternehmen zukünftig dabei zu unterstützen, sogenannte Quantenvorteile zu identifizieren und gleichzeitig die Risiken, die bei der Nutzung von Quantencomputern in Hinblick auf das geistige Eigentum der Unternehmen entstehen können, richtig einzuschätzen und nach Möglichkeit zu minimieren.

Dafür bündelt das Projekt in den drei Themenschwerpunkten Sicherheit, Robustheit und Optimierung die Kernkompetenzen der beteiligten Fraunhofer-Institute: Das Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC verfügt über langjährige Expertise im Bereich Cybersicherheit, das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS erforscht im Rahmen von BayQS die Robustheit von Quantencomputing-Systemen und das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS unterstützt das Projekt durch die Erfahrungen und Kompetenzen im Bereich der QC-gestützten Optimierung von Systemen.

Als akademische Partner sind die Technische Universität München, die Ludwig-Maximilians-Universität München und das Leibniz-Rechenzentrum der bayerischen Akademie der Wissenschaften direkt eingebunden.

Quantencomputing und die Potenziale für die bayerische Wirtschaft

»Die Quantentechnologien insgesamt und das Quantencomputing im Speziellen spielen für die technologische Souveränität Deutschlands und Europas eine entscheidende Rolle. Diese Hochleistungsrechner haben das Potenzial, in vielen Branchen disruptive Veränderungen herbeizuführen und eine Vielzahl neuer Anwendungen zu ermöglichen«, erklärte Fraunhofer-Präsident Prof. Reimund Neugebauer anlässlich der Veranstaltung. »Fraunhofer bringt sich in diesen zukunftsweisenden Technologiefeldern über zahlreiche Initiativen und Projekte ein, um einen effizienten Transfer exzellenter wissenschaftlicher Grundlagenerkenntnisse in die Anwendung zu ermöglichen. Das bundesweite Fraunhofer-Kompetenznetzwerk Quantencomputing bildet eine entscheidende Schnittstelle für Forschungsorganisationen und Unternehmen gleichermaßen, um gemeinsam Lösungen und Schlüsselanwendungen im Bereich Quantencomputing zu entwickeln. Das Bayerische Kompetenzzentrum Quanten Security and Data Science BayQS liefert hierbei insbesondere wichtige Beiträge auf der Software-Seite.
»Das Quantencomputing wird zukünftig für Anwendungen in der bayerischen Wirtschaft immer wichtiger. Fraunhofer ist der ideale Partner, um diese Möglichkeiten für Unternehmen in Bayern zu erschließen. Gerade die Schnittstelle zwischen IT-Sicherheit und Quantencomputing ist für die Wirtschaft von besonderer Relevanz und bildet deshalb ein Fokusthema des neuen Kompetenzzentrums«, sagte Wirtschaftsstaatssekretär Roland Weigert anlässlich der Auftaktveranstaltung von BayQS.

»Um das große Potenzial, dieser Hochleistungsrechner, für die Breite nutzbar zu machen, liegt der Schwerpunkt von BayQS auf der Entwicklung entsprechender Quanten-Software«, erklärte Prof. Dr. Claudia Eckert, Sprecherin des Kompetenzzentrums und Institutsleiterin des Fraunhofer-Instituts für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC in Garching bei München. »Damit ist BayQS am Standort München eine perfekte Ergänzung zu den bereits vorhandenen Kompetenzen auf der physikalischen und Hardware-Ebene.«

»Quantencomputing ist das Next Level, um Optimierungsprobleme zu lösen. Dementsprechend werden wir unsere Expertise aus dem Bereich der klassischen Optimierung einbringen und darauf aufbauend Lösungen von komplexen realen Anwendungsproblemen mittels Quantencomputing erforschen. Wir arbeiten an Methoden der QC-gestützten Optimierung, um reale Probleme aus den Bereichen der Röntgen-Bildrekonstruktion, des Beamformings im Mobilfunk als auch Planungs- und Routenprobleme aus der Logistik in Zukunft effizienter zu lösen«, ergänzte Prof. Alexander Martin, Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen.

»Das Quantencomputing bietet gerade auch im Zusammenspiel mit der Künstlichen Intelligenz ein außerordentliches Potenzial«, erklärte Mario Trapp, Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für kognitive Systeme IKS in München. »Unsere Aufgabe ist es, nun den Weg zu bereiten, um dieses Potenzial auch für konkrete, praktische Anwendungen erschließen zu können. Vielversprechende Einsatzbereiche dafür gibt es einige, etwa Medizintechnik und Pharmazie oder Produktion und Logistik.«

Angewandte Forschung zum Nutzen der Gesellschaft

Insgesamt wird das Bayerische Kompetenzzentrum BayQS über die nächsten fünf Jahre mit 17 Millionen Euro vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie gefördert. BayQS ist Teil des nationalen Kompetenznetzwerks Quantencomputing der Fraunhofer-Gesellschaft und darüber hinaus Teil des Munich Quantum Valleys, das die Kompetenzen der Fraunhofer-Gesellschaft, Max-Planck-Gesellschaft, Leibniz-Rechenzentrum sowie den beiden Münchnern Universitäten LMU und TUM im Bereich Quantencomputing und anderen Quantentechnologien bündelt.

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