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Quantum Software
Die Quanteninformationstheorie ist ein interdisziplinäres Gebiet an der Schnittstelle zwischen theoretischer Physik, Mathematik und Informatik. Eines der wesentlichen Ziele ist es, die Übermittlung und Verarbeitung von Information im Quanten-Zeitalter zu verstehen und mathematisch präzise zu beschreiben. Ein weiteres wichtiges Ziel ist die Entwicklung von Algorithmen und Software für den Quantencomputer sowie die Bestimmung von vielversprechendenden Anwendungen mit Quantenvorteil, nicht zuletzt im Vergleich und im Zusammenspiel von Quanten- mit klassischen Algorithmen. Auch die Beschreibung, das Management und die Sicherheit von Quantendaten, die Quantensensoren und der Quantencomputer schon heute erzeugen, sowie Quanten-Künstliche-Intelligenz (Quanten-KI) gehören in diesem Zusammenhang zu hoch aktuellen Forschungsthemen. Hier betritt die aktuelle Forschung am QuTe wissenschaftliches Neuland und QuTe-Mitglieder profitieren von der einzigartigen, interdisziplinären Expertise in Mathematik, Informatik und theoretischer Physik am QuTe sowie der engen Kollaboration mit Forschenden am Helmholtz-Forschungszentrum Jülich.
Bestehende Forschungsprojekte
Projektleitung: Markus Bläser, Peter P. Orth
Förderer: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
Das Projekt QIAPO erforscht, wie Quantencomputer dabei helfen können, schwierige Planungs‑ und Optimierungsaufgaben aus Industrie und Wirtschaft schneller und besser zu lösen. Dazu kombinieren die Forschenden klassische Computer mit Quantencomputern, die bestimmte Teilaufgaben besonders effizient vereinfachen können. Ziel ist es, Verfahren zu entwickeln, die Unternehmen wie BMW oder Infineon dabei unterstützen, Ressourcen zu sparen und Abläufe effizienter zu planen. Schon kleine Verbesserungen können in der Industrie große Wirkung haben.
Projektleitung: Peter P. Orth
Förderer: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
Das Projekt QUBE untersucht, wie Quantencomputer helfen können, neue Materialien schneller und besser zu entwickeln – etwa für Batterien, Brennstoffzellen oder Elektromotoren. Dafür werden spezielle Quantenalgorithmen entwickelt und getestet, die die quantenphysikalischen Eigenschaften von Materialien realistischer berechnen können als heutige Supercomputer.
Gelingt das, könnten Forscherinnen und Forscher künftig Materialien am Computer maßschneidern, was enorme Vorteile für Energietechnik, Mobilität und Klimaschutz bringen würde.
Projektleitung: Giovanna Morigi
Förderer: QuantERA, Horizon 2020
Das Ziel des Projekts QNet ist es, neue Konzepte und Methoden zur Manipulation von Quanteninformation zu entwickeln, bei denen Rauschen und Dissipation nicht als Störfaktoren, sondern als Ressource für eine fehlertolerante Quanteninformationsverarbeitung auf mesoskopischer Ebene genutzt werden. Im Mittelpunkt steht die Untersuchung der Nichtgleichgewichtsdynamik von Quantennetzwerken mit Fernwechselwirkungen unter kontrollierten Rausch- und Dissipationsbedingungen. Ein besonderer Fokus liegt auf Anwendungen wie assoziativen Quantenspeichern und dem Quanten-Reservoir-Computing.
Die entwickelten Proof-of-Principle-Konzepte werden auf modernen experimentellen Plattformen getestet. Dazu zählen (i) ultrakalte Atome in einem Hochfinesse-Resonator mit einstellbarer Temperatur, Rauschen und Dissipation sowie (ii) supraleitende Quantenschaltungen, die an mesoskopische Wärmebäder auf dem Chip gekoppelt sind. Die im Projekt erarbeitete Toolbox an Konzepten und Paradigmen ebnet den Weg für die nächste Generation von Quantentechnologien.
Das Zentrum für Quantentechnologien (QuTe) wird unterstützt durch das Transformationsprogramm Forschung und Wissenstransfer Saar.