Ziel des nationalen Kompetenznetzwerks der Fraunhofer-Gesellschaft ist die Entwicklung von quantenbasierten Rechenstrategien für die nächste Generation an Hochleistungscomputern. Die Kooperation beinhaltet den Cloud-Zugriff auf IBM-Quantencomputer in den USA und die Ansiedlung eines IBM-Quantenrechners in Deutschland, der unter deutschem Recht operiert. Der Zugriff auf Quantencomputer ermöglicht die Erforschung von Technologie, Anwendungsszenarien und Algorithmen. Darüber hinaus sollen Kompetenzaufbau und Wettbewerbsvorteile für die Wirtschaft und Wissenschaft generiert werden.
Quantencomputer auf höchstem Stand der Technik in Baden-Württemberg
Unter der Beteiligung von derzeit elf Fraunhofer-Instituten werden deutschlandweit in regionalen Kompetenzzentren fachliche Expertisen im Forschungsfeld des Quantencomputings gebündelt. Innerhalb des Kompetenzzentrums »Quantencomputing Baden-Württemberg« wird am Standort Ehningen bei Stuttgart ein IBM-Quantencomputer in Betrieb genommen. Dafür stellt IBM ab 2021 einen Quantencomputer (IBM Q System) als Rechenplattform auf dem weltweit höchsten Stand der Technik zur Verfügung.
Der Standort ermöglicht den Betrieb dieses Quantencomputers unter deutscher Gesetzgebung und die Erfüllung europäischer Datenschutzanforderungen. Außerdem bietet die Hightech-Landschaft Baden-Württembergs aus Großindustrie, mittelständischer Industrie, KMUs und Startups vielseitige Möglichkeiten für den anwendungsbezogenen Einsatz des Hochleistungsrechners.
»Der frühzeitige Aufbau von Fachkompetenzen in Baden-Württemberg und Deutschland stellt einen nicht zu unterschätzenden Wettbewerbsvorteil dar, der den Standort frühzeitig an der Wertschöpfung im Bereich des Quantencomputing teilhaben lässt«, betont Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher, Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg und Koordinator des Kompetenzzentrums Baden-Württemberg.
»Das Kompetenzzentrum Quantencomputing ist ein wichtiger Teil der Landesstrategie für die Festigung der Technologieführerschaft in Schlüsseltechnologien. Wir wollen die intensive Zusammenarbeit zwischen Hochschul- und angewandter Forschung mit der Wirtschaft des Landes schnellstmöglich zum Laufen bringen und damit den künftigen Einsatz von Quantentechnologien voranbringen. Die baden-württembergische Wirtschaft erhält mit dem Zentrum einen Startvorteil, den es nun zu nutzen gilt«, ergänzt Prof. Dr. Wilhelm Bauer, Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO und Technologiebeauftragter des Landes Baden-Württemberg.
Land fördert Kompetenzzentrum Baden-Württemberg mit bis zu 40 Mio. Euro
Die Landesregierung Baden-Württemberg stellt für den Aufbau des Kompetenzzentrums »Quantencomputing Baden-Württemberg« in den kommenden vier Jahren bis zu 40 Millionen Euro zur Verfügung. »Für Baden-Württemberg ist der Quantencomputer ein wichtiger Schritt auf dem Weg, die entscheidenden Zukunftstechnologien frühzeitig und erfolgreich zu gestalten. Das Potenzial und die Möglichkeiten sind enorm und vieles davon können wir uns heute noch gar nicht vorstellen. Mit dem Quantencomputer in Ehningen schaffen wir einen Beitrag für ein deutsches Quantentechnologie-Ökosystem mit internationaler Strahlkraft und einen Meilenstein für die technologische Souveränität Deutschlands und Europas«, sagte Ministerpräsident Winfried Kretschmann.
»Wir wollen die großen Innovationspotenziale des Quantencomputings möglichst frühzeitig für wirtschaftliche und wissenschaftliche Anwendungen im Land nutzbar machen und uns auch international einen wichtigen Standortvorteil erarbeiten. Baden-Württemberg ist das Land der Hidden Champions und die führende Innovationsregion in Europa. Wir bieten daher hervorragende Voraussetzungen und eine Vielzahl an Anwendungsgebieten, für die das Quantencomputing in der Praxis nützlich werden kann«, sagte Wirtschaftsministerin Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut.
Kooperationsprojekte und Schulungsangebot
Interessierte regionale universitäre und außeruniversitäre Einrichtungen sowie Unternehmen werden im Rahmen von Verbundprojekten, über die Auftragsforschung oder durch Mitgliedschaften in das Kompetenzzentrum eingebunden. »Ziel ist, möglichst vielen Forschergruppen und Unternehmen einen gut organisierten Zugriff und eine effiziente Nutzung der IBM-Quantencomputer zu ermöglichen«, sagt Prof. Ambacher.
Bis Ende des Jahres wird das Kompetenzzentrum »Quantencomputing Baden-Württemberg« die organisatorischen und technischen Voraussetzungen schaffen, um nachfolgende wissenschaftliche Projekte und Auftragsforschung unter Nutzung von IBM-Quantencomputern zu ermöglichen. In der Startphase entsteht zudem ein Computer-Pool mit Arbeitsplätzen am Fraunhofer IAF (Freiburg) und Fraunhofer IAO (Stuttgart), zudem bieten die Fraunhofer-Expertinnen und -Experten den Mitgliedern und Partnern des Kompetenzzentrums Schulungen zum Themenfeld »Quantencomputing«. Die wissenschaftlichen Projekte sollen im Januar 2021 starten.
Interessierte können sich schon jetzt beim Kompetenzzentrum melden: kqc@iaf.fraunhofer.de.
Quantencomputing am Fraunhofer IAF
Im Rahmen des Kompetenzzentrums »Quantencomputing Baden-Württemberg« wird das Fraunhofer IAF in Freiburg einen Computer-Pool und ein Schulungsangebot aufbauen. Darüber hinaus möchte das Fraunhofer IAF signifikante Fortschritte in der Performance von verschränkten Qubits und Quantenspeichern beisteuern. Ziel des IAF ist es, durch Forschung und Entwicklung neuartiger Quanten-Hardware die erreichbaren Rechenzeiten von Quantencomputern zu erhöhen und Fehlerraten zu reduzieren.
Die Forschung und Entwicklung des Fraunhofer IAF wird sich über die Entwicklung von Quanten-Hardware entlang ihrer gesamten Wertschöpfungskette erstrecken: Dazu zählen die Entwicklung neuartiger Materialstrukturen und Prozesstechnologien über die Schaffung einer begleitenden Analytik und Qualitätssicherung quantenelektronischer Bauelemente bis hin zur Erforschung neuartiger Aufbau- und Verbindungstechniken. Das IAF wird sich zudem der Demonstration leistungsfähiger Quantenspeicher und prozessierender Komponenten widmen.
Quantencomputing am Fraunhofer IAO
Das Fraunhofer IAO wird im Kompetenzzentrum »Quantencomputing Baden-Württemberg« den Computer-Pool in Stuttgart aufbauen und betreuen sowie entsprechende Schulungsangebote für die Wirtschaft und Wissenschaft anbieten. Die Expertinnen und Experten des Fraunhofer IAO forschen daran, wie Unternehmen Quantencomputer zukünftig nutzbringend anwenden können.
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten befassen sich mit den erforderlichen Softwarelösungen und der Programmierung von Quantencomputern sowie den damit verbundenen Algorithmen und Tools. Des Weiteren wird das Fraunhofer IAO den Einsatz von Simulationsmöglichkeiten untersuchen, neue Lösungen entwickeln sowie Werkzeuge und Demonstratoren für die Wirtschaft zur Verfügung stellen.
Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO