Das Projekt EQUATE (Enabling QUAnTum AdvantagE) untersucht das Potenzial von Quantencomputern für Anwendungen im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und der Industrie.
In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Quantencomputerhardware große Fortschritte gemacht. Quantencomputer versprechen exponentielle Laufzeitverbesserung gegenüber klassischen Computern für bestimmte Probleme. Dies gilt insbesondere für vollständig fehlerkorrigierte universelle Quantencomputer. Deren Umsetzung erfordert jedoch eine große Anzahl zusätzlicher Qubits und ist daher zur Zeit noch nicht absehbar. Stattdessen gibt es heute und in naher Zukunft fehlerbehaftete Quantencomputer, sogenannte NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) computers. Für diese hofft man mit sogenannten Quantenheuristiken eine Überlegenheit gegenüber herkömmlichen Algorithmen zu demonstrieren. Dabei handelt es sich oftmals um Algorithmen, bei denen es Hinweise, jedoch keine Beweise für eine Laufzeitverbesserung gibt. Viele dieser Algorithmen kommen ohne Quantenfehlerkorrektur aus und sind somit auf der Quantencomputerhardware der nächsten Jahre ausführbar. Vielversprechende Kandidaten für überlegene Quantenheuristiken sind variationelle Quantenalgorithmen und Quantenannealer.
Voraussagen zur Laufzeitverbesserung
Bezüglich der Quantenheuristiken gibt es jedoch eine Reihe von ungeklärten Fragen. Durch den heuristischen Charakter ist eine generelle Aussage zur Skalierung der Laufzeit bei diesen Ansätzen nicht möglich. Daher ist es notwendig, die tatsächliche Laufzeit anhand von Experimenten für bestimmte Problemfälle zu untersuchen und damit auf die Laufzeit von bestimmten Problemklassen zu schließen.
Darüber hinaus ist es absehbar, dass Quantencomputer hauptsächlich als Koprozessoren eingesetzt werden. Es wird zurzeit erforscht, wie man Quantencomputer effizient innerhalb von hybriden Ansätzen in einer Kombination von Quantencomputern und klassischen Computern einsetzten kann. Das Projekt EQUATE untersucht beide vorgenannte Fragestellungen.
Anwendungen des DLR im Fokus
Die Untersuchung von Quantenalgorithmen greift in einem Prozess des sogenannten Hardware.Software.Codesigns zurück sowohl auf die Expertise von Hardware-Entwicklern als auch die von möglichen Anwendern zurück.
Das Projekt EQUATE bündelt die zahlreichen Bestrebungen zur Untersuchung der Nutzbarkeit von Quantencomputern im DLR. Das Projekt soll offen für interessierte Partner und Partnerinnen innerhalb des DLR sein. Das Institut für Softwaretechnologie wird daher DLR-interne Workshops veranstalten um über die Potentiale dieser Technologie zu informieren und so den Aufbau einer Quantencomputing-Community innerhalb des DLR vorantreiben.