Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme
Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme

Quality Engineering für Quantencomputing

❯❯❯

Quantencomputer vor dunklem Hintergrund
© istock/Bartek

Die Euphorie um Quantencomputer ist groß: Seit 2012 flossen 674 Millionen Dollar Risikokapital in Firmen, die sich mit Quantencomputing beschäftigen. Das Bundesforschungsministerium investiert bis 2022 zusätzlich 650 Millionen Euro in die Technologie. Quantencomputer sollen künftig dabei helfen, komplexe Berechnungen in deutlich kürzerer Zeit zu ermöglichen, als es »klassische« Computer können. Dadurch sind sie theoretisch in der Lage, Verschlüsselungen zu knacken, das menschliche Gehirn umfassend zu simulieren, bei der Optimierung von Verkehrsprognosen zu helfen oder die Entwicklung von Batterien bzw. neuen Materialien in der Chemie- und Pharmaindustrie zu beschleunigen.

Damit solche Anwendungen Realität werden, benötigen Nutzer von Quantencomputern eine logische Abstraktionsschicht, die Schnittstellen (APIs) für die Ausführung von Rechenprozessen auf Quantencomputern bietet. Darüber hinaus werden spezielle Algorithmen für die Berechnungen benötigt sowie eine systematische Qualitätssicherung für diese Algorithmen und den dazugehörigen Prozessen (z. B. Quantum DevOps).

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Fraunhofer FOKUS arbeiten daher an der Entwicklung einer speziellen Middleware für Quantencomputer und der Adaptierung von Algorithmen an die Anforderungen solcher Rechner. Auch das Thema »Quantencomputing as a Service« – also die Bereitstellung von quantenbasierten Diensten über eine Cloud – ist ein Arbeitsschwerpunkt der Forscher. Dabei achten sie besonders auf die Sicherheit, Privatheit und den Datenschutz solcher Anwendungen. Im Speziellen bietet die Smart City eine Reihe von Anwendungsfeldern für das Quantencomputing – vom Mobilitätssektor über den Energiebereich, das bargeldlose Bezahlen bis hin zu Lieferketten zwischen Stadt und Land, um nur einige Bereiche zu nennen.

Darüber hinaus forscht Fraunhofer FOKUS zu folgenden Themen und stellt folgende Angebote für seine Kunden bereit:

  • Aufbau eines Zertifizierungschemas für Quantenalgorithmen und Quantensoftware
  • Standardisierung wesentlicher APIs und Abläufe, z. B. in Zusammenarbeit mit der DIN und weiteren Gremien
  • Testen von quantenbasierten Systemen
  • Verifikation von Abläufen und Algorithmen für Quantenrechner
  • Benchmarking von Quantencomputing Instanzen
  • Error Mitigration Verfahren

Weiterhin bieten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Schulungen – z. B. über die Fraunhofer-Akademie – und Vorlesungen zum Thema Quantencomputing an.