Verbundprojekte im Kompetenzzentrum Quantencomputing

Innerhalb des Kompetenzzentrums Quantencomputing Baden-Württemberg werden Verbundprojekte durch das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg gefördert. In der ersten Projektlaufzeit 2021 bis 2022 werden sechs Projekte gefördert:

QC-4-BW – Entwicklung eines Diamant-basierten, spintronischen Quantenregisters für einen aufskalierbaren Quantenprozessor

Schmatische Darstellung NV-Magnetfelder Fraunhofer IAF
© Fraunhofer IAF

Ziel ist die Entwicklung eines Diamant-basierten, spintronischen Quantenregisters für einen skalierbaren Quantenprozessor, um quantenchemische Prozesse zu evaluieren. Dafür wird ein 10-Qubit-Quantenregister entwickelt, das als einziges bisher realisiertes Register auch über einen integrierten Quantenspeicher verfügen soll.

Partner: Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF; Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT; Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Theorie der Kondensierten Materie; Karlsruher Institut für Technologie, Physikalisches Institut; Universität Konstanz, Fachbereich Physik; Universität Stuttgart, 3. Physikalisches Institut; Universität Ulm, Institut für Quantenoptik

Assoziierte Partner: BASF SE, Merck KGaA, Diamond Materials GmbH, Q.ANT GmbH, IBM Deutschland GmbH, HQS Quantum Simulations GmbH, Quantum Brilliance, Robert Bosch GmbH, SVA System Vertrieb Alexander GmbH, Evatec Europe GmbH, Attocube Systems AG, Cynora GmbH

Weitere Informationen im Projektsteckbrief QC-4-BW

QORA – Quantenoptimierung mit resilienten Algorithmen

© m.mphoto - stock.adobe.com

Unternehmen – auch außerhalb der Finanzbranche – müssen zunehmend große und komplexe Portfolios verwalten. Dabei wird die Fähigkeit, schnell optimale Entscheidungen zu treffen, zu einem maßgeblichen Wettbewerbsvorteil. Quantencomputer können perspektivisch konventionelle Rechner bei Optimierungsverfahren übertreffen. Im Projekt werden daher solche Optimierungs-Algorithmen entwickelt und in der Praxis erprobt.

Partner: Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF; Duale Hochschule Baden-Württemberg, Ravensburg; Universität Tübingen, Institut für Theoretische Physik; Universität Konstanz, Fachbereich Physik; Universität Stuttgart, Institut für Funktionelle Materie und Quantentechnologie; Universität Stuttgart,  Institut für Technische Informatik

Assoziierte Partner: Wüstenrot & Württembergische AG, Bausparkasse Schwäbisch Hall AG, Advantest, Airbus Defence and Space GmbH, UniCredit Bank AG, JoS Quantum GmbH; HQS Quantum Simulations GmbH

Weitere Informationen im Projektsteckbrief QORA

SEQUOIA – Software-Engineering industrieller, hybrider Quantenanwendungen und -algorithmen

SEQUOIA Logo
© Fraunhofer IAO

Im Projekt werden neue Methoden, Werkzeuge und Vorgehensweisen für Quantencomputing erforscht, entwickelt und erprobt, um zukünftig die industrielle Nutzung zu ermöglichen. Im Fokus stehen Anwendungen und Algorithmen u.a. für die Bereiche Fertigung, Entwicklung, Logistik, Energie und die Finanzbranche, sowie ein Quantensoftware-Komponentenbaukasten und ein Software-Engineering-Modell.

Partner: Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO; Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF; Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA; Universität Tübingen, Lehrstuhl Eingebettete Systeme; FZI Forschungszentrum Informatik; Universität Stuttgart, Institut für Höchstleistungsrechnen; Universität Stuttgart, Institut für Architektur von Anwendungssystemen

Assoziierte Partner: Unternehmen aus verschiedenen Branchen wie Maschinenbau, Werkzeugmaschinen, Automobilhersteller, Automobilzulieferer, IT und IT Dienstleister, Produktion, Energie, Logistik, Finanzwirtschaft

Weitere Informationen im Projektsteckbrief SEQUOIA

SiQuRe – Modellierung und Simulation von Qubit-Registern aus Ketten von NV-Zentren auf Versetzungen in Diamant

SiquRe Quantumcomputing
© Fraunhofer IWM

Das Forschungsvorhaben behandelt mit Modellen und Computersimulationsmethoden der theoretischen Quantenphysik die Frage, inwieweit sich als Qubits adressierbare atomare Defektkomplexe in Kristallen entlang linearer Strukturdefekte periodisch anordnen und als Qubit-Register für den Aufbau von Quantencomputern nutzen lassen. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf regelmäßigen Anordnungen einer größeren Anzahl von Stickstoff-Vakanz-Zentren (NV-Zentren) im Diamantkristall.

Partner: Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Physikalisches Institut; Universität Ulm, Institut für Komplexe Quantensysteme

Assoziierte Partner: Tensor Solutions GmbH (Startup in Gründung), Leichtbau BW GmbH

QuESt – IBM-Quantencomputer: Materialdesign für elektrochemische Energiespeicher und -wandler mit innovativen Simulationstechniken

Im Projekt QuESt wird der IBM-Quantencomputer zu Materialsimulationen für elektrochemische Energiesysteme eingesetzt und erprobt.

Die atomistische Modellierung von Batterien und Brennstoffzellen ist das Kernthema des Projektes. Es werden thermodynamische Eigenschaften von festen Elektrodenmaterialien mit einer Kombination der Dichtefunktionaltheorie und einem quantenphysikalischen Ansatz für stark korrelierte lokale Elektronenzustände berechnet sowie elektrochemische Reaktionen in flüssigen Elektrolyten mit quantenchemischen Variationsmethoden simuliert.

Partner: Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM; DLR-Institut für Quantentechnologien QT; DLR-Institut für Technische Thermodynamik HIU

Assoziierte Partner: Unternehmen aus verschiedenen Branchen, u. a. der Automobilbranche 

EFFEKTIF –Stabilitätsanalyse und Fehlerkorrekturprotokolle für kritische Infrastrukturnetze

Stabilität und – im Bedarfsfall – rasche und effiziente Fehlerkorrektur beim Betrieb systemrelevanter öffentlicher Infrastruktur etwa für Wasser- und Stromversorgung oder Kommunikation ist von strategischer Relevanz für das Gemeinwesen. All diese Strukturen können als endliche, i.d.R. gekoppelte Netzwerke modelliert werden, doch erschwert die mit der Netzwerkgröße rasch wachsende Komplexität denkbarer Störungsszenarien eine simulationsgestützte Problemintervention in Echtzeit. Durch die Abbildung typischer Netzwerkstrukturen auf Quantennetzwerke und deren Implementierung auf der IBM-Quantenhardware soll das Potential quantenmechanischer Interferenzeffekte für die Effizienzsteigerung solcher Simulationen ausgelotet werden.

Partner: Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Physikalisches Institut 

Assoziierte Partner: Überlandwerk Mittelbaden GmbH & Co. KG

Weitere Informationen

 

Kompetenzzentrum Quantencomputing

Das Fraunhofer IAF und das Fraunhofer IAO koordinieren das Kompetenzzentrum »Quantencomputing Baden-Württemberg«.