Abbildung: Optimierungslandschaft einer Quantum Machine Learning Klassifizierungsaufgabe, Quelle: DLR
Es wird die Fehlerrate in Abhängigkeit von den Modellparametern gezeigt. Es stellt eine visuelle Darstellung der Geometrie des zugrunde liegenden Quantenoptimierungsproblems in Bezug auf die projizierte Modellparametern da. Um den hochdimensionalen Modellparameter Raum visuell darzustellen, wird eine Hauptachsentransformation verwendet. Da bei einigen Modellparametern die Fehlerrate extrem hoch ist, werden diese abgeschnitten („clipped“). Die blaue "Optimization Trajectory" (Optimierung Trajektorie) stellt die Entwicklung der Modellparameter während eines Machine Learnings Lernprozesses da. Der rote Punkt zeigt den finalen Wert an.
Die Entwicklung moderner Quantencomputer erreicht gerade eine Phase, in der erste Anwendungen auch praktisch Quantenvorteile gegenüber klassischen Programmen bieten. Zur Unterstützung der Quanteninitiative 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. 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. Seit Januar 2022 findet eine Reihe theoretischer und praktischer Weiterbildungsveranstaltungen statt; zudem starten parallel dazu kurze Testprojekte, für die sich Partner aus anderen DLR-Instituten um Expertenzeit bewerben können. 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
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 entsprechenden Veranstaltungsreihen, die Vorlesungen, Workshops und Hackathons umfassen, sodass theoretisch erworbenes Wissen auch sofort umgesetzt werden kann. Diese Veranstaltungsreihen werden mehrfach wiederholt, um allen Interessierten im DLR die Teilnahme zu ermöglichen.
Parallel zur Fortbildungsreihe zu Quantencomputern werden Explorationsstudien mit Domainexperten aus anderen Instituten durchgeführt. Hierbei liegt der Fokus auf der Einschätzung der Umsetzbarkeit und möglichen Quantenvorteilen für spezifische Projekte und der Formalisierung der Fragestellung in Bezug auf Quantenalgorithmen. Auf dieser Basis kann die Umsetzung in Folgeprojekten angegangen werden. Der Umfang der Explorationsstudien beträgt jeweils sechs bis zwölf Monate.
Beitrag Institut KI-Sicherheit
Das Institut für KI-Sicherheit bearbeitet im Projekt ELEVATE Quanten-KI-nahe Themenfelder, insbesondere Fragestellungen zur Codierung klassischer Bild- und Zeitreihendaten auf Quantencomputern, Tensornetzwerkbasierte KI-Ansätze und Anwendungen in der Fluiddynamik. 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.
