QuaST – Quantum-enabling Services und Tools für industrielle Anwendungen

Quantencomputing (QC)-gestützte Lösungen können industrielle Optimierungsprobleme erheblich voranbringen und damit Zeit und Geld sparen. Allerdings sind QC-gestützte Lösungen aktuell noch nicht für die breite Masse von industriellen Anwendern verfügbar. Dies liegt nicht nur an den Limitierungen der Quantencomputing-Hardware, sondern auch daran, dass tiefgehendes Informatik- und Physikwissen notwendig ist, um aktuelle Quantencomputer programmieren zu können. Allgemein fehlt ein niedrigschwelliger Zugang zu QC-gestützten Lösungen für Endanwender. Dies möchte das Projekt »QuaST – Quantum-enabling Services und Tools für industrielle Anwendungen« ändern.

Das Ziel des Projekts QuaST ist es, kleinen und großen Unternehmen einen niedrigschwelligen Zugang zu Quantencomputern zu ermöglichen. Industrielle Endanwender sollen mit nur minimalen Kenntnissen von QC-Hardware und QC-Software automatisiert leicht zugängliche und verlässliche QC-gestützte Lösungen für ihre Anwendungsprobleme bekommen. Im Kern des Vorhabens steht die Erforschung verschiedener Entwicklungswerkzeuge und Anwendungsbibliotheken, um Anwender in die Lage zu versetzen Probleme in der für sie gewohnten Programmiersprache zu formulieren. Vorbild ist hierbei der Erfolg der Künstlichen Intelligenz. Diesen Erfolg hat KI insbesondere der breiten und leichten Verfügbarkeit durch Software-Bibliotheken und Entwicklungswerkzeuge zu verdanken.

Damit sich auch das Quantencomputing für industrielle Anwender durchsetzen kann, bündelt das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Projekt QuaST Kompetenzen aus mehreren Fraunhofer-Instituten, der Fakultät für Informatik der Technischen Universität München (TUM), dem Leibniz-Rechenzentrum (LRZ), dem Experten für Hardware-Software-Co-Design IQM, sowie dem QC-Betriebssystem-Experten ParityQC und den Anwendungspartnern Infineon und DATEV. Die Leitung des Projekts liegt beim Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS.

Um garantieren zu können, dass die erarbeiteten Lösungen auch für unterschiedliche Optimierungsprobleme anwendbar sind, werden verschiedene Probleme der Anwendungspartner und weiterer assoziierter Partner bearbeitet. Diese kommen beispielsweise aus der Halbleiterfertigung und der Logistik oder beschäftigen sich mit der Optimierung von betriebswirtschaftlichen Prozessen.

Um die Ergebnisse des Projekts nachhaltig zu verwerten, entwickelt das Projekt QuaST unterschiedliche Software-Werkzeuge und High-Level-Anwendungsbibliotheken. Diese hoch-spezialisierten Komponenten werden dann lizensiert oder in Open Source Software-Tools integriert. Somit sind die entwickelten Lösungen flexibel nutzbar und können in Ökosystemen für unterschiedliche Quantencomputing-Hardware-Technologien verwendet werden.

Außerdem wirken die Konsortiumspartner an der Entwicklung von Standards insbesondere im Bereich der Verknüpfung von High Performance Computing (HPC) und Quantencomputing mit. Eine Standardisierung von Schnittstellen zu existierenden HPC-Workflows wäre beispielsweise eine Möglichkeit Quantencomputing portabel einzubinden. Auch geeignete Programmierstandards würden die hybride Programmentwicklung leichter machen.

Damit die Hemmschwelle Quantencomputing zu nutzen insbesondere für KMUs fällt, bietet das Projekt QuaST darüber hinaus Schulungen und Online-Seminare zur Befähigung von Neuanwendern an. Durch die frühzeitige und kontinuierliche Kommunikation zwischen Softwareentwicklung und Anwendung werden zudem Erkenntnisse zur bestmöglichen Betreuung von Anwendern gewonnen, die in einem Best Practice Guide zusammengefasst werden.