Unsere Arbeit

Komplexe Moleküle – komplexe Simulationen

Ob neue Medikamente, Kathodenmaterialen oder Düngemittel: Die Simulation komplexer Moleküle ist für die Industrie von großer Bedeutung. Doch selbst heutige Supercomputer besitzen nicht die Rechenleistung, um die hierfür nötige Berechnungen in angemessener Geschwindigkeit und Genauigkeit durchzuführen. Sie können uns nur Näherungslösungen liefern, die zwar für bestimmte, einfache Moleküle ausreichen, für komplexe Strukturen jedoch ungeeignet sind.

Quantencomputer bieten das Potenzial, auch größere Moleküle genau zu simulieren. Sie ermöglichen uns, ihr Verhalten besser zu verstehen und vorherzusagen.

Was wir tun

Die Arbeitsgruppe Material Science untersucht die Leistungsfähigkeit relevanter Quantenalgorithmen. Wir zeigen, welches Potenzial diese tatsächlich besitzen und wo ihre Grenzen liegen.  

Mit unseren Erkenntnissen identifizieren wir relevante Anknüpfungspunkte für die weitere Grundlagenforschung. Unternehmen und Startups, die die Simulation komplexer Moleküle mithilfe von Quantencomputing Wirklichkeit werden lassen möchten, können auf unserer Arbeit aufbauen.

Der nächste Schritt in der Prozessoptimierung 

Wir setzen hohe Erwartungen daran, wie Quantencomputing unsere Wirtschaft und Industrie stärken wird.

Einerseits direkt, indem ihre Rechenleistungen uns neue Möglichkeiten eröffnen wird, die mithilfe klassischer Computer bisher kaum denkbar waren. So kennt unsere Industrie viele Optimierungsprobleme, bei denen heutige Supercomputer an ihre Grenzen stoßen, etwa bei der Steuerung von Lieferketten oder komplexen Fertigungsprozessen.

Andererseits setzen wir darauf, Quantencomputing produktiv mit weiteren Zukunftstechnologien, wie Generativer Künstlicher Intelligenz zu verknüpfen. Doch wie weit reicht das Potenzial von Quantentechnologien in diesem Bereich wirklich? Und wo liegen seine Grenzen?

Was wir tun

Unsere Arbeitsgruppe Quantum Machine Learning & Optimization widmet sich genau dieser Frage. Wir untersuchen, wie Quantencomputer dazu beitragen, komplexe Optimierungen wie das Knapsack-Problem zu lösen, aber auch, wie sie helfen, bestehenden Herausforderungen im Bereich KI zu meistern, wie dem Bedarf nach einer großen Menge von Trainingsdaten oder einer hohen Rechenleistung.

Das Rennen um die optimale Quanten-Hardware ist offen

Bei der Entwicklung leistungsfähiger Quantencomputer testen Forschende weltweit ein breites Spektrum möglicher Hardware-Konzepte. Diese stützen sich auf verschiedene physikalische Systeme, wie Supraleiter, Ionenfallen, neutrale Atome, Photonen oder Spins in Halbleitern.

Welche Technologie sich durchsetzen wird, ist offen. Gerade in der aktuellen, frühen Phase der Quanten-Ära können sich einzelne Hardware-Arten unterschiedlich gut zur Lösung spezifischer Problemklassen eignen. Unternehmen, die Quantencomputing nutzen möchten, sollten diese Unterschiede einschätzen können. Für sie dominieren Fragen wie: Wann können Quantencomputer wirtschaftlich relevante Anwendungen schneller ausführen als klassische Computer? Welche Anwendungen werden das sein? Und welche Hardware eignet sich am besten für spezifische Anwendungsfälle?

Was wir tun

Unsere Arbeitsgruppe Quantum Systems untersucht diese Hardware-Varianten mit einer klaren Endnutzer-Perspektive. Dabei widmen wir uns einzelnen technologischen Ansätzen und prüfen, wie ihre Eigenschaften sich auf die Effektivität verschiedener Algorithmen auswirken. Wir konzentrieren uns auf physikalische Qubit-Architekturen und ihren Einfluss auf Parameter wie die Stabilität von Qubits, die Zuverlässigkeit von Rechenoperationen oder die Rechengeschwindigkeit. So zeigen wir, wie die jeweilige Hardware die Dauer zur Lösung von Aufgaben und die Ergebnisqualität beeinflusst, und wie wahrscheinlich es ist, mit ihr künftig fehlertolerante Quantenberechnungen durchführen zu können.

Für ein souveränes Quanten-Ökosystem

Quantentechnologien müssen ein wesentliches Element der deutschen Digitalstrategie werden. Wichtige Industriezweige sehen sie als strategische Schlüsseltechnologie der Zukunft mit großem wirtschaftlichem Potenzial. Die wissenschaftliche Expertise Deutschlands in den Quantentechnologien ist hoch. Gleichzeitig bleibt der Transfer in die Wirtschaft herausfordernd. Deutschland und Europa müssen heute in ihre technologische Souveränität investieren, um ihre wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit von morgen zu sichern. Theoretisches Wissen muss in industrielle Anwendungsfälle münden.

Hierfür braucht es strategisch koordinierte, politische Unterstützung. Ein starkes Commitment schafft Planungssicherheit für die Industrie und ermöglicht das notwendige agile Handeln.

Was wir tun

Als Quantum Technology & Application Consortium und Zusammenschluss einiger der größten Unternehmen Deutschlands und Europas engagieren wir uns für die politische Unterstützung des deutschen Quantentechnologie-Ökosystems. Hierfür beteiligen wir uns an öffentlichen Veranstaltungen wie Messen, Symposien oder Podiumsdiskussionen, tauschen uns direkt mit politischen Entscheider*innen aus und schaffen mit unseren Veröffentlichungen Aufmerksamkeit sowie die nötige Informationsbasis für einen konstruktiven politischen Diskurs.