NeMoQC

Präzise Vorhersagen sind entscheidend für die Sicherheit und Zuverlässigkeit von kritischen Infrastrukturen wie Verkehrs- und Stromnetze oder der Vorhersage von Extremwetterereignissen sowie sicherheitsrelevanten Komponenten, etwa Flugzeugflügeln oder Raketentriebwerken. Viele Eigenschaften dieser komplexen Systeme sind hoch nichtlinear und chaotisch. Im Projekt NeMoQC (Neuromorphes Quantencomputing) arbeiten wir daran, die Vorhersage dieser Systeme mit innovativen Lösungen auf Basis von Quantum Reservoir Computing (QRC) zu verbessern.

Die Vorhersagen für das Verhalten der komplexen Systeme fließen direkt in die proaktive Steuerung des Systemverhaltens ein, um rechtzeitig vor dem Erreichen eines kritischen Punktes Einfluss zu nehmen. Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz hat hier große Fortschritte gebracht – auf Kosten eines steigenden Rechenaufwands und Energieverbrauchs. Unser menschliches Gehirn kann hingegen typische Aufgaben für KI Modelle deutlich energieeffizienter und effektiver lösen als heutige Hard- und Software. Hier knüpft das Forschungsgebiet des neuromorphen Computings an. Es verwendet Konzepte, die von der Funktionsweise des menschlichen Gehirns inspiriert sind, um damit leistungsstärkere und energieeffizientere Hard- und Software zu realisieren. Reservoir Computing ist einer dieser Ansätze, bei dem die KI selbst auf ein komplexes System zurückgreift, um Eigenschaften in den Daten leichter abzubilden und die Information vorheriger Zeitschritte zu speichern. Quantencomputer sind vielversprechender Kandidaten, um dieses Reservoir zu realisieren und auch für sehr hochdimensionale Ausgangsdaten schnell präzise Ergebnisse zu gewinnen.

Beitrag Institut für KI-Sicherheit

Im Rahmen des Projekts NeMoQC erforscht das Institut für KI-Sicherheit neue Konzepte für das QRC, um seine Leistung in der Prädiktions- und Optimierungstechnik zu verbessern. Insbesondere analysieren wir die Grenzen, geeignete Systeme für Reservoirs und potentielle Hindernisse für den Einsatz von QRC. Die Ergebnisse dieses Projektes bieten nicht nur tiefere Einblicke in die Methode, sondern geben auch neue Impulse für die Anwendung innovativer Rechenmethoden.

Während des Projekts untersuchen wir die Anwendbarkeit der Methoden insbesondere im Rahmen von Anwendungsfällen des Instituts für Aeroelastik, um die Leistungs- und Anforderungseigenschaften des Quantenreservoirs zu erforschen. Insbesondere beschäftigen wir uns mit der technischen Realisierbarkeit und Leistung des Quantenreservoirs in diesen Anwendungen. Außerdem beschäftigen wir uns mit der Frage, ob sich ein universelles Quantenreservoir für eine Vielzahl von Anwendungen eignet, oder ob jeweils problem- und anwendungsspezifische optimale Lösungen erforderlich sind.