Quantencomputing bei Fraunhofer

Quanteninformationen mit Glasfasern über weite Entfernungen übertragen und damit dem Quanteninternet den Weg bereiten: Mit diesem Ziel starteten das niederländische Forschungszentrum QuTech und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT am 1. September 2019 das ICON-Projekt QFC-4-1QID. In dieser langfristig angelegten, strategischen Partnerschaft der Forschungsinstitutionen entwickeln die Wissenschaftler Quanten-Frequenzkonverter für die Anbindung von Quantenprozessoren an Glasfasernetze. Eingesetzt wird die neue Technologie 2022 beim weltweit ersten Quanteninternet-Demonstrator.  

Mit dem Ziel, anwendungsnahe Forschung im Bereich Quantencomputer in der Europäischen Union vorantreiben, wurde 2018 der Verbund »Advanced quantum computing with trapped ions« (kurz: AQTION) ins Leben gerufen. Das Vorhaben ist Teil des Quanten-Flaggschiff-Programms der EU. Gegenstand des Projekts ist die Realisierung eines skalierbaren Quantencomputers auf Ionenbasis. Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IOF entwickelten die innovative Optik und Lasertechnik für den 19 Zoll großen Quantenrechner.

Mit dem Ziel, eine vollständige europäische Wertschöpfungskette für die Herstellung von supraleitenden Josephson-Kontakten als vielversprechende Qubit Kandidaten für Quantencomputer zu schaffen, startete im Juni 2021 das Projekt Materials for Quantum Computing (MATQu). In den Bereichen Substrattechnologie, Prozesstechnologie und Werkzeuge bringt das MATQu-Projekt wichtige europäische Akteure auf diesem Gebiet zusammen, darunter vier große RTOs. Die Geschäftsstelle der FMD übernimmt gemeinsam mit dem Fraunhofer IAF die Leitung des durch das EU Rahmenprogramm Horizon 2020 geförderte Projektes. Darüber hinaus ist das Fraunhofer IPMS Projektpartner im MATQu-Team.

QC-gestützte Lösungen können industrielle Optimierungsprobleme erheblich voranbringen und damit Zeit und Geld sparen. Allerdings sind QC-gestützte Lösungen aktuell noch nicht für die breite Masse von industriellen Anwendern verfügbar. Dies liegt nicht nur an den Limitierungen der Quantencomputing-Hardware, sondern auch daran, dass tiefgehendes Informatik- und Physikwissen notwendig ist, um aktuelle Quantencomputer programmieren zu können. Allgemein fehlt ein niedrigschwelliger Zugang zu QC-gestützten Lösungen für Endanwender. Dies möchte »QuaST« ändern.

Im Zentrum des ersten Projekts AnQuC standen Anwendungen auf dem IBM Quantum System One, mit Blick auf eine breite Erschließung des Quantencomputing. Mit Laufzeitmessungen wurden hybride Algorithmen, die sowohl klassische als auch Quanten-Anteile haben, studiert und die Auswirkungen von charakteristischen Größen wie der Kohärenzzeit und der Fehlerrate von 2-Qubit-Schaltungen auf bestimmte Algorithmen untersucht. Im Projekt AnQuC-3 liegt der Fokus auf den Themengebieten »Quantum Fourier Transformation«, »Quanten Maschinelles Lernen« und variationelle Algorithmen. Das Fraunhofer ITWM konzentriert sich dabei auf die ersten beiden Bereiche.
 

In „DEGRAD-EL3-Q“ untersucht das Fraunhofer IPA den Einsatz von QC-Methoden zur Lebensdaueranalyse von Elektrolyseuren. Das Projekt ist Teil des Leitprojekts H2Giga mit dem Ziel, den industriellen Herstellungsprozess von Elektrolyseuren voranzutreiben. Es werden verschiedene Methoden des quantenmaschinellen Lernens untersucht und erforscht, wie QC zur Simulation chemischer Prozesse im Kontext der Degradation von Elektrolyseuren genutzt werden kann.