Wir entwickeln Simulations- und Designmethoden für leistungsfähige, langlebige Brennstoffzellensysteme. Damit machen wir wasserstoffbasierte Antriebe für die klimaneutrale Luftfahrt möglich und beschleunigen die industrielle Skalierung.

Mit Q2Fly adressieren wir eine zentrale technologische Lücke für die nachhaltige Luftfahrt: Bisher fehlen leistungsfähige Methoden, um Ladungstransportmechanismen und Katalysatorprozesse in Brennstoffzellen unter realistischen Betriebsbedingungen effizient zu simulieren und daraus gezielt Materialien abzuleiten. Q2Fly kombiniert hardwareoptimierte Quantensimulation mit KI-gestützter Quantenoptimierung und schafft damit die Grundlage für eine systematische, schnellere und ressourcenschonende Materialentwicklung für langlebige und hochperformante Brennstoffzellen in der Luftfahrt.

Motivation

Mit Q2Fly wollen wir die Entwicklung leistungsfähiger Brennstoffzellenmaterialien für einen dekarbonisierten Luftverkehr beschleunigen. Dafür bilden wir relevante mikroskopische Transportprozesse mit Quantenalgorithmen unter betriebsnahen elektrochemischen Bedingungen ab. So lassen sich die Prozesse im Material besser verstehen und neue Materialien gezielter entwickeln. Das Rauschen heutiger Quantenhardware nutzen wir dabei bewusst, um Wechselwirkungen mit der Materialumgebung abzubilden – und machen so aus einer technischen Einschränkung eine Ressource.

Wir kombinieren diese Simulationen mit datengetriebenem Inverse Design und Optimierungsverfahren. So verbessern wir Materialkandidaten gleichzeitig nach Aktivität, Transport, Stabilität, Kosten und Verfügbarkeit. Damit vereinen wir erstmals Quantensimulation und datengetriebenes Materialdesign. So ermöglichen wir realitätsnahe, multikriterielle Materialoptimierung auf Quantenhardware.

Herausforderung

Mit Q2Fly wollen wir neue Brennstoffzellenmaterialien schneller und gezielter entwickeln. Dafür kombinieren wir Quantensimulation, KI-gestütztes Active Learning und Quantenoptimierung. Ziel ist es, komplexe Ladungstransportprozesse besser zu verstehen und aus großen Materialdesignräumen gezielt vielversprechende Kandidaten zu identifizieren. So wollen wir experimentelles Trial-and-Error durch ein daten- und physikbasiertes Materialdesign ergänzen.

Dabei verbinden wir die Brennstoffzellen- und Quantensimulationsexpertise des DLR mit der praktischen Erfahrung von H2Fly bei der Entwicklung und Erprobung wasserstoffelektrischer Flugzeugsysteme. Über die DLR QCI setzen wir die entwickelten Methoden auf leistungsfähiger Quantenhardware um.

Impact

Mit Q2Fly schaffen wir eine Brücke zwischen verfügbarer Quantenhardware und einer industriell relevanten Anwendung: der Materialentwicklung für wasserstoffbasierte Brennstoffzellen. Für die DLR QCI entsteht damit ein konkreter Use Case, an dem sich der Nutzen von Quantencomputing auf realer Hardware und der Technologietransfer in die Industrie demonstrieren lassen. Gleichzeitig entstehen übertragbare Methoden für Material- und Molekülsimulation sowie Quantenoptimierung und damit Know-how für ein europäisches Quantencomputing-Ökosystem.