Wir haben Unternehmen gesucht, die im Projekt ALQU industrierelevante Anwendungsfälle auf unseren DLR QCI-Quantencomputern umsetzen. Mit ihrem Vorschlag zur Verbesserung von supraleitenden Nanodraht-Einzelphotonen-Detektoren (SNSPD) hat uns die Bietergemeinschaft Multiverse Computing × Single Quantum überzeugt: Die beiden Quanten-Startups werden mithilfe einer materialwissenschaftliche Quantensimulation den Brechungsindex einer supraleitenden Dünnschicht berechnen – eine Aufgabe, für die wir einen Quantenvorteil schon auf kurz- bis mittelfristig verfügbarer Quanten-Hardware erwarten.
Dazu entwickelt Multiverse Computing eine Software und implementiert sie und auf einem der DLR QCI-Quantencomputer. Single Quantum wird die auf Quanten-Hardware berechneten Lösungen mit realen Messwerten vergleichen und so demonstrieren, wie gut sich solche Probleme auf Quantencomputern abbilden lassen. Ein positiver Nebeneffekt: Von diesem speziellen Problem ausgehend, werden wir auch ableiten können, ob und wie sich dieser Ansatz zur Lösung anderer industrierelevanter Probleme eignet.
Eine wichtige Enabling-Technologie
Einzelphotonen-Detektoren sind eine enorm wichtige Basistechnologie für eine ganze Reihe quantentechnologischer Anwendungen, zum Beispiel für Quantensensoren, in der Quantenkommunikation und bei ganz unterschiedlichen Quantencomputing-Plattformen wie dem photonischen und Spin-basierten Quantencomputern. Mit ihrem Angebot auf die ALQU-Ausschreibung haben Single Quantum als Hersteller solcher Detektoren und das Multiverse Computing mit ihrer Quantensimulations-Plattform ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt vorgeschlagen, das die Art, wie Photonendetektoren gebaut werden, revolutionieren könnte. Mit der einzigartigen Expertise in der Hardware-Herstellung und der Quantensimulation mit quantenmechanischen und quanteninspirierten Rechenmethoden wird ein besonderes Projekt möglich, das den Ansatz von ALQU besonders deutlich zum Ausdruck bringt: In der NISQ-Ära müssen Quanten-Hardware und -Software gemeinsam entwickelt werden, um bald Quantenvorteile zu erreichen.
Die Brücke zwischen Hardware und Software
Wer Anwendungen mit Quantenvorteil entwickeln will, kommt – auf absehbare Zeit – nicht um ein enges Codesign von Hardware- und Software herum: die Kennzahlen und Fehlermodelle der echten Hardware müssen in die Algorithmen einfließen und umgekehrt muss die Hardware die effiziente Ausführung der Algorithmen und Anwendungen gezielt unterstützen. Mit dem Projekt ALQU des DLR-Institut für Softwaretechnologie schlagen wir genau diese Brücke zwischen Hardware und Software: Es zielt auf die effiziente Kompilierung von Schaltkreisen auf Quantencomputing-Hardware und die Entwicklung von maßgeschneiderten Quantenalgorithmen für industrierelevante Rechenprobleme, die mit klassischen Computern nicht mehr zu lösen sind, ab.
Dazu bindet ALQU auch Firmen für die gezielte Entwicklung von Anwendungen im Hardware/Software-Codesign ein, zum Beispiel die Startups HQS Quantum Simulations aus Karlsruhe und IQM Germany aus München für die Entwicklung innovativer Materialien und Software zur Simulation von Materialeigenschaften und Materialdynamik auf Quantencomputern oder den Hardware-Hersteller Planqc und die Unternehmensberatung D-fine zur Entwicklung von Compiler-Software für Quantencomputer.
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