EniQmA

Ermöglichung hybrider Quantum-Anwendungen

Projektbeschreibung
Industriell relevante Anwendungen des Quantencomputings sind fast immer hybride Anwendungen, die klassische Software und Implementierungen von Quantenschaltkreisen kombinieren. Allerdings ist die Erstellung solcher Anwendungen gegenwärtig weitgehend ad-hoc. Im Projekt EniQmA soll ein gezieltes ingenieurwissenschaftliches Vorgehen bei der Erstellung solcher hybriden quanten-klassischen Anwendungen anhand konkreter industrieller Use Cases entwickelt werden. Ein solches Quantum Software Engineering umfasst methodische Ansätze und Vorgehensmodelle für die Erstellung hybrider Anwendungen, Qualitätskriterien für deren Implementierung, die Entwicklung und Nutzung entsprechender Werkzeuge und Laufzeitumgebungen sowie den Betrieb der Anwendungen.

Herausforderung und Innovation
Die Entwicklung von Quantenanwendungen mit industrieller Dimension erfordert bisher heterogene Teams aus Experten verschiedener Disziplinen wie der Quantenphysik, der Anwendungsentwicklung und der Betriebsführung von IT-Systemen. Die in EniQmA entwickelten Methoden, Softwarekomponenten und Entwicklungswerkzeuge sollen diesen Prozess maßgeblich vereinfachen. Die Hauptaufgabe, derer sich das EniQmA-Projekt annimmt, besteht in der Strukturierung, Definition und Umsetzung von workflowbasierten Prozessen für ein effizientes Quantum Software Engineering. Im Rahmen dieser Prozesse sollen entsprechende Werkzeugketten zusammen mit einem dazugehörigen Orchestrator prototypisch umgesetzt werden und anhand der Use Cases der Industriepartner evaluiert werden. Dabei kommen verschiedene Techniken und Algorithmen zum Einsatz, die durch die EniQmA-Forschungspartner konzipiert und erforscht werden.

Lösungsansatz
Neueste Techniken, wie etwa die Implementierung des Warm Starting sowie Erweiterungen bestehender variationeller Quantenalgorithmen, werden im Rahmen der hybriden Anwendungen entwickelt. Ein Werkzeug zum Vergleich klassischer und quanten-basierter Bausteine für hybride Anwendungen wird zur Verfügung gestellt und ein weitergehendes Benchmarking mittels einer Benchmarking Suite ermöglicht. Die Analyse hybrider Anwendungen wird eine optimale Allokation von Ressourcen des Quantencomputers ermöglichen. Die vorgeschlagenen Konzepte, Algorithmen und Prozesse werden gründlich evaluiert und auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse adaptiert. Dabei verfolgt EniQmA einen agilen Ansatz, der es erlaubt, Konzepte schnell durch Prototypen zu validieren und diese kontinuierlich weiterzuentwickeln.

Konsortium
Fraunhofer FOKUS, Fraunhofer ITWM, Universität Stuttgart, Umlaut Solutions, Freie Universität Berlin, IBM, Deutsche Bahn / DB Systel

Laufzeit
August 2022 – Juli 2025

Budget
Gesamtvolumen: 9,3 Mio €
Fördermittel: 6,6 Milo €