DLR-Institut

WF | MP | TT

Auftragnehmer

Ziel

Wir erforschen Werkzeuge zur schnellen Materialentdeckung und -entwicklung, den Transfer zur Anwendung zu industriellen Partnern sowie die Identifikation von Simulationsansätzen, die einen Quantenvorteil versprechen.

Das Ziel von QuantiCoM ist die Entwicklung von fortschrittlichen Methoden unter Nutzung von Quantencomputern für die Materialwissenschaften, die Werkstofftechnik und Industrie, um perspektivisch schnelle Materialentwicklungen zu ermöglichen und Entwicklungszeiten drastisch zu reduzieren. Durch die Nutzung quantenmechanischer Effekte wie Superposition und Verschränkung sollen innerhalb von Materialsystemen die Wechselwirkungen von Atomsystemen berechenbar gemacht werden. Da die Rechenzeiten auf Quantencomputern polynomisch anstatt exponentiell skalieren sollen mögliche Quantenvorteile identifiziert werden, die zur Implementierung von Quantenalgorithmen und damit verbunden industriellem Nutzen beitragen.  Ebenso sollen neue Erkenntnisse in Interaktions- und Degradationsprozessen die Materialentwicklung fördern, die durch experimentelle Validierungsmethoden erprobt werden.

Motivation

Grundsätzlich können wir heute schon Materialsysteme atomistisch simulieren und makroskopische Eigenschaften vorhersagen. Die Vielzahl an Wechselwirkungen macht es jedoch unmöglich, größere Atomsysteme selbst auf aktuellen Hochleistungscomputern zu berechnen. Um geeignete Quantenalgorithmen auf NISQ-Quantencomputern zu entwickeln, kombinieren wir das Wissen dreier DLR-Institute mit komplementären Kompetenzen im Bereich metallischer Werkstoffe, Molekulardynamik für Flüssigkeiten und der Quantenmechanik von Batteriesystemen, da diese grundsätzlich ähnlich atomistisch zu berechnen sind. Die Sichtweise der Physik soll dabei Möglichkeiten der Verschränkung und ihrer Nutzung untersuchen, deren Relevanz einschätzen und Quantenvorteile identifizieren. Die Industrie wird sowohl bei der Entwicklung von QC-Algorithmen als auch bei der Implementierung (z.B. Quantum-Einbettungstheorien) der Quantenalgorithmen beitragen.

Herausforderung

Mit dem Projekt QuantiCoM wollen wir Materialsysteme identifizieren, für die man einen Quantenvorteil erwarten kann. Hierzu werden QC-Simulationen von relativ einfachen Verbindungen angestrebt. In dieser Phase wollen wir Algorithmen für die QC-Berechnungen entwickeln, die die Berechnung von Modellsystemen von mehr als 103 Atomen erweitern, und die Anwendung im industriellen Rahmen erörtern.

Darüber hinaus werden wir die Stabilität bestimten Verbindungen untersuchen, die zur Optimierung von Vor- und Wärmebehandlungsprozessen beitragen. Anhand der Bestimmung der Wechselwirkung zwischen Atomen in Festkörpern lassen sich technisch relevante Phänomene wie Ausscheidungskinetik erforschen.

Durch QC-Optimierungsaufgaben für die CALPHAD-gestützte Materialentwicklung (Calculation of Phase Diagrams) begünstigen wir die Rapid Materials Discovery, was zum Beispiel für die Entwicklung neuartiger Recycling-basierter Legierungen relevant ist. Die Industrie wird somit dabei unterstützt, Schrotte von Verbrennungsmotoren zu verwerten und sinnvolle Strategien für Recyclen oder sogar Upcycling abzuleiten.


Alle Neuigkeiten

Publikationen