Anwendungsgetriebenes Benchmarking von Quantencomputern: So heißt ein Forschungsprojekt, an dem vier Industriepartner und zwei bayerische Fraunhofer-Institute beteiligt sind. Hinter Bench-QC, so das Projektkürzel, steht das Ziel, wissenschaftlich fundiert Aussagen darüber zu treffen, wann und für welche Anwendung Quantencomputing (QC) einen Vorteil gegenüber klassischem High-Performance-Computing bieten kann und somit ein industrieller Einsatz von QC möglich wird.

Im Mittelpunkt von Bench-QC steht also ein systematisches anwendungsgetriebenes Benchmarking von Quantencomputing, in dem evaluiert wird, welche quantitativen und qualitativen Eigenschaften Quantencomputer zu erfüllen haben, damit unterschiedliche Anwendungsbereiche davon profitieren können. Dabei stehen vor allem Simulationsprobleme, komplexe Fragen von Optimierung sowie Quantum Machine Learning auf dem Prüfstand.

Aus der Industrie sind der Automobilhersteller BMW, der Hersteller von Hardware und Software für QC Quantinuum, der IT-Dienstleister Reply und der Optimierungsspezialist für Produktions- und Logistiksysteme OptWare am Forschungsprojekt beteiligt. Seitens der Fraunhofer-Gesellschaft nehmen das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS sowie das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS an Bench-QC teil.

Bench-QC ist ein bis Ende 2025 angesetztes Leuchtturmprojekt im Rahmen des Munich Quantum Valley der Bayerischen Staatsregierung. Es wird gefördert im Rahmen der Hightech Agenda vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie mit einer Summe von 1,6 Millionen Euro. Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger: »Mit unserem Munich Quantum Valley soll Bayern Vorreiter in Sachen Quantentechnologie werden. Das Projekt Bench-QC spielt dabei eine entscheidende Rolle und schlägt die Brücke zwischen exzellenter Forschung und industrieller Anwendung. Ich bin deshalb überzeugt: Unsere Förderung für das Projekt ist eine bestens angelegte Investition in den Hightech-Standort Bayern.«

»Wir freuen uns sehr, Quantum Computing in die Praxis zu bringen«, sagt Filippo Rizzante, CTO von Reply. »Mit der Initiative wollen wir die akademische Diskussion in die Wirtschaft tragen und Unternehmen aufzeigen, wie sie Quantum Computing kommerziell einsetzen und welchen Nutzen sie daraus ziehen können. Darum haben wir quanteninspirierte Algorithmen entwickelt, die es erlauben, komplexe Situationen zu beschreiben, zu optimieren und so Unternehmen Zeit- sowie Kosteneinsparungen zu verschaffen.«

PD Dr. habil. Jeanette Miriam Lorenz, Abteilungsleiterin Quantum-enhanced AI am Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS: »Mit Bench-QC bringen wir einen zusätzlichen Anwendungsfokus ins Munich Quantum Valley. Dadurch werden wir genau sagen können, für welche Anwendungen und unter welchen Bedingungen an Quantencomputing-Hardware und -Software sich perspektivisch ein Quantenvorteil für Anwendungen ergeben wird. «

»Mit der zunehmenden Komplexität der Automobilindustrie wächst auch der Bedarf an leistungsstarken Computern. Quantencomputing hat das Potenzial, spezifische Rechenoperationen zu beschleunigen. Um die Technologie für den praktischen Einsatz zu industrialisieren, sind Anwendungs-Benchmarks unerlässlich. Bench-QC wird hier eine wichtige Rolle spielen. Die BMW Group hat bereits im Jahr 2022 das Benchmarking-Framework QUARK unter einer Open-Source-Lizenz veröffentlicht«, erläutert Dr. Andre Luckow, Head of Innovation & Emerging Technologies, BMW Group.

Markus Weissenbäck, Gruppenleiter »Optimization« der Abteilung Analytics, Arbeitsgruppe für Supply Chain Services des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS: »In Bench-QC erarbeiten wir objektive, anwendungsorientierte Kriterien für die Einsetzbarkeit verschiedener Quantenhardware-Plattformen, um zukünftig potentielle Quantenvorteile effizient identifizieren zu können. Hierbei liegen unsere Schwerpunkte auf Quantenalgorithmen für die mathematische Optimierung und quantenmaschinellem Lernen.«

»Als Experte für die Automatisierung von Kernprozessen in der Automobil- und Pharmabranche stellen wir mit Bench-QC sicher, dass wir den Performance-Schub der Quantencomputer zielgerichtet und schnell mit unseren Kunden umsetzen können«, erläutert Dr. Thomas Hußlein, Geschäftsführer der OptWare GmbH. »Mit diesen innovativen Lösungen verbessern und beschleunigen wir die Planung unserer Kunden und erschließen weitreichende Effizienz- und Qualitätspotentiale.«

Ilyas Khan, Gründer und Chief Product Officer von Quantinuum, sagt: »Bayerns Führungsrolle in Wissenschaft und industrieller Innovation macht den Freistaat zu einem weltweit wichtigen Zentrum für Quantencomputing und wir sind stolz darauf, zum Erfolg der Region beizutragen. Quantinuum ist heute weltweit führend beim Benchmarking von Hochleistungs-Quantencomputern, und unser neuestes System, der H2, verfügt über eine unübertroffene Anwendungsleistung. Das Bench-QC-Projekt ist ein hervorragendes Beispiel für die Zusammenarbeit zwischen Branchenführern, die uns in die nächste Ära praktischer, nützlicher Quantenvorteile führen wird.«