Industriepartner für das QCI-Projekt BASIQ (geschlossen)

Die Ausschreibung ist abgeschlossen.

Wir suchen Industriepartner für das QCI-Projekt BASIQ: Batteriematerial-Simulation mit Quantencomputern. Alle Details zur Ausschreibung finden Sie auf TED: 152228-2023. Die Einreichungsfrist endet am 13.04.2023, 14 Uhr Ortszeit.

BASIQ unterstützt die Quantencomputer-Industrie bei der Entwicklung von innovativen Materialien und Produkten durch Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Das Projekt konzentriert sich dabei auf Materialsimulationen für gatterbasierte Quantencomputer im Anwendungsbereich von Batteriematerialien. Im Rahmen des Projektes werden feste kristalline Elektroden, zum Beispiel Mischoxide, flüssige Elektrolyte und die Elektrodengrenzfläche simuliert und so alle entscheidenden Materialkomponenten für die Simulation einer Batteriezelle betrachtet.

Darüber hinaus untersucht BASIQ partielle Differentialgleichungen (PDE), die das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten in einer elektrochemischen Zelle, vor allem Elektroden und Elektrolyt simulieren. Diese partiellen Differentialgleichungen beinhalten ein Verständnis der Prinzipien elektrischer, mechanischer und chemischer Prozesse in der Batteriezelle. Die numerische Lösung von PDEs erfolgt zurzeit mit klassischen Computern, die jedoch bei der Simulation von hochaufgelösten heterogenen Strukturen wie poröse Elektroden keine ausreichenden Ergebnisse erzielen.

Mit BASIQ sollen Algorithmen erforscht und erprobt werden, die die partiellen Differentialgleichungen (PDE) für Batteriezellen auf Quantencomputern lösen. Ansätze sind hier neben der klassischen Optimierung des Variationsansatzes auch weitere Verfahren wie das Harrow-Hassidim-Lloyd Verfahren.

Quantentchemie unter Nutzung von Rauschen

Konkret geht es bei der Industriebeteiligung im Bereich Quantenchemie um die Quantensimulationen von relevanten Materialien zur elektrochemischen Energiespeicherung und -wandlung unter Nutzung von Rauschen. Das Rauschen des Quantencomputers soll dabei als Teil des Algorithmus die schwach korrelierte  Umgebung des aktiven Zentrums darstellen.

Zielsetzung ist die Entwicklung von Algorithmen für quantenchemische Berechnungen mit Bezug zu Festkörpern, einzelnen Molekülen und deren Wechselwirkung sowie Molekülen auf Festkörpern, Implementierungen der Algorithmen in einer Software, inklusive Schnittstellen zwischen Algorithmen und Quantenhardware, vor allem die prototypischen Systeme der DLR Quantencomputing-Initiative auf Basis der Ionenfallen-Technologie, photonischer Schaltkreise, Neutralatome und auf Basis von NV-Zentren in Diamanten.

Energie-Technologien der nächsten Generation

Das Projekt BASIQ wird vom DLR-Institut für Technische Thermodynamik geleitet. In Stuttgart und an weiteren Forschungsstätten in Köln-Porz, Ulm, Oldenburg und Hamburg forschen über 180 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern auf dem Gebiet effizienter und ressourcenschonender Energiespeicher und Energiewandlungstechnologien der nächsten Generation. Zusätzlich zu den Kernaktivitäten im DLR-Geschäftsfeld „Energie“ bearbeitet das Institut für Technische Thermodynamik ausgewählte Themen aus den Geschäftsfeldern „Luftfahrt“ und „Verkehr“ und bringt dadurch seine Kompetenzen schwerpunktsübergreifend in die Arbeitsgebiete des DLR ein.
Es besteht eine enge Vernetzung mit der Universität Stuttgart -insbesondere mit dem Hochschulinstitut für Energiespeicherung – und dem Helmholtz Institut Ulm (HIU) an der Universität Ulm.

Batteriematerial-Simulation mit Quantencomputern

BASIQ simuliert Batteriematerialien auf atomistischer Ebene und Batteriezellen auf Kontinuumsebene mit Quantencomputern der DLR Quantencomputing-Initiative und passt die Quantensimulation an spezifische Hardware an.

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