Effiziente Lösungen für komplexe Optimierungsprobleme stehen im Mittelpunkt des Forschungsprojekts QuaST (Quantum-enabling Services und Tools für industrielle Anwendungen). Sieben Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft arbeiten daran, solche Lösungen auf Basis von Quantencomputing auch für Unternehmen anwendbar zu machen, die nicht über einschlägiges Vorwissen verfügen. Das Projekt QuaST soll dies durch die Entwicklung von Software und Werkzeugen in einem ganzheitlichen Ansatz ermöglichen.

Quanten für die Optimierung von Planungs- und Adaptionsprozessen nutzen

Ziel von QuaST ist es, Endanwendern High-Level-Bibliotheken an die Hand zu geben, die basierend auf dem Anwendungsproblem automatisch die Lösung in klassische, High-Performance- und Quantencomputing-Teile zerlegen. Die Quantencomputing-Teile werden dann optimiert auf die Hardware abgebildet, einschließlich Co-Design. Im Projekt entstehen zudem Werkzeuge, um die Zuverlässigkeit der Quantencomputing-gestützten Lösungen zu qualifizieren.

Im Rahmen von QuaST werden folgende Anwendungsfälle untersucht: Optimierung von Netzwerken und Lieferketten (z. B. für Waste Management), Scheduling-Probleme (z. B. in der Halbleiterfertigung) sowie Quantencomputing-gestützte Lösungen für Software-Verifikation und betriebswirtschaftliche Prognosen. Darüber hinaus erforschen die Projektpartner Use Cases aus der Pharmaindustrie, der Automobilbranche und aus dem Bereich sicherheitskritischer Anwendungen im Allgemeinen.

Ein Team aus Forschung und Industrie arbeitet am Transfer der Quantentechnologie

Die Leitung des Projekts liegt beim Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS, mit dabei sind die Fraunhofer-Institute für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC, für Integrierte Schaltungen IIS und für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB. Zu den Projektpartnern gehören außerdem das Leibniz-Rechenzentrum und die Technische Universität München (TUM) sowie die Unternehmen DATEV eG, Infineon Technologies AG, IQM und ParityQC. Projektträger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

»An QuaST arbeitet ein starkes Konsortium aus Fraunhofer-Instituten, akademischen Partnern und Unternehmen aus unterschiedlichen Branchen«, sagt Priv.-Doz. Dr. habil. Jeanette Lorenz, Senior Scientist für Quantencomputing am Fraunhofer IKS. »Dadurch beschleunigen wir den Transfer dieser entscheidenden Zukunftstechnologie von der Forschung hin zur praktischen Anwendung in der Wirtschaft. Mit QuaST schlagen wir einen bislang einzigartigen, umfassenden Ansatz vor, der vom Endanwender in der Industrie nur minimale Kenntnisse der Quantencomputing-Hardware und der Hardware-nahen Software-Komponenten voraussetzen wird.«

Am Fraunhofer IISB bringen die Gruppen Data Analytics, geleitet durch Martin Schellenberger, und AI-augmented Simulation, unter der Leitung von Andreas Rosskopf, ihre Expertise für die Quantencomputing-gestützte Optimierung von Produktionsprozessen ein. Im Fokus steht die Überführung und Aufteilung der Netzwerk-Probleme in hybride Lösungsstrategien, die sowohl klassische High-Performance-Computer als auch neuartige Quantencomputer vereinen. Das IISB demonstriert anwendungsnah das Potential von Quantencomputern für die Elektronik-, Energie- und Produktions-Netzwerke.

Das Kick-off Meeting für QuaST hat am 3. Februar stattgefunden. Das Projekt läuft bis Ende 2024 und wird mit 5,5 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Das Gesamtvolumen beläuft sich auf 7,7 Millionen Euro.