Abbildung: Optimierungslandschaft eines Quantum Machine Learning Algorithmus, Quelle: DLR
Ein (Quanten-) Machine Learning Algorithmus lernt, indem er zu einem gegebenen Datensatz das beste Modell sucht. Dieser Lernablauf lässt sich in einer Optimierungslandschaft darstellen: Je besser der Wert, desto näher ist das maschinelle Lernen seinem Ziel. Dargestellt ist eine Optimierungslandschaft für ein Quantentensornetzwerk, das im Rahmen des ELEVATE-Projekts Flügelflattern detektiert.
Quantencomputer rechnen auf Basis von Quanteneffekten und unterscheiden sich damit fundamental von herkömmlichen Rechnern. Die Entwicklung moderner Quantencomputer erreicht gerade eine Phase, in der erste Anwendungen praktisch umgesetzt werden und erste Vorteile gegenüber klassischen Programmen bieten. Zur Unterstützung der Quantencomputinginitiative (QCI) des DLR bietet das Projekt ELEVATE (Enhanced probLEm solVing with quAntum compuTErs) ein Netzwerk, um Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus allen DLR-Instituten bei der Machbarkeitsanalyse von Quantencomputer-Projekten zu unterstützen. Das Ziel des Projektes ist es, DLR-weit Institute in der Arbeit mit Quantencomputern zu befähigen und eine starke Position des DLR im Umfeld der Quantenrechenmethoden aufzubauen.
Unterstützung von DLR-Instituten in der Anwendung von Quantencomputern
Neben dem Institut für KI-Sicherheit sind Quantencomputerexperten aus den Instituten für Softwaretechnologie, Quantentechnologien, Raumflug und Astronautentraining, Technische Thermodynamik und Methodik der Fernerkundung an ELEVATE beteiligt. Wir bieten seit Januar 2022 Weiterbildungsveranstaltungen, Vernetzungstreffen und im Rahmen einer Kurzstudie die Einschätzung der Machbarkeit eines Themas für den Einsatz von Quantencomputern. Die Quantencomputerexperten bieten methodische Unterstützung in vier Bereichen an:
Anwendungen in Quanten-Machine-Learning
kombinatorischer Optimierung
Quantensimulation
Kompilierung und Hardware
Vermittelt wird diese Expertise in Vorlesungen, Workshops und Hackathons, so dass theoretisch erworbenes Wissen auch sofort umgesetzt werden kann.
Beitrag Institut KI-Sicherheit
Das Institut für KI-Sicherheit trägt mit seiner Expertise zu Themen aus dem Bereich Quanten-KI und Datencodierung bei. Wir haben Pilotstudien zu den folgenden Themenbereichen durchgeführt:
Hydrodynamische Simulation auf Quantencomputern
Quanten-KI zur Detektion von Flügelflattern
Navigation selbstfahrender Fahrzeuge mit Quanten-Reinforcement Learning
Übertragung und Auswertung von Luftbildern auf Quantencomputern
Erkennung von Anomalien in Satellitendaten
Einsatz von Tensornetzwerken als Quanten-KI-Architekturen
Dabei fokussiert sich unser Beitrag insbesondere auf die Entwicklung übertragbarer Designprinzipien zwischen den einzelnen Aufgabenstellungen, die Umsetzung effizienter Codierung von Daten und Problemstellungen auf Quantencomputern sowie die Einbettung von Quantenmodellen in ganze KI-Umgebungen.
Die in den Explorationsprojekten gewonnenen Erkenntnisse werden in Workshopformaten wieder in die Community zurückgespiegelt, um weitere Ideen zu generieren und Kooperationen für Nachfolgeprojekte zu finden.
