|BMBF-Fördermaßnahme〉 Quanteninformatik – Algorithmen, Software, Anwendungen

Das Ziel der Fördermaßnahme „Quanteninformatik – Algorithmen, Software, Anwendungen“ des BMBF ist es, Unternehmen in Deutschland dabei zu unterstützen, die erforderlichen Kompetenzen zur effektiven Nutzung der in Entwicklung befindlichen Quantencomputer zu erwerben, um damit innovative Produkte und Anwendungen für künftige Märkte verwirklichen zu können

Das |QBN〉 unterstützt gerne entsprechende Projekte und deren Verwertung.

Nachfolgend ein Auszug aus der Bekanntmachung:

Ziel und Zweck der Förderung

Die Entwicklung von Quantenalgorithmen und Anwendungssoftware steht am Anfang. In den letzten Jahren stieg das Interesse unterschiedlichster Branchen, vom Fahrzeugbau über die chemische bis zur Finanzindustrie deutlich an und es wurden vermehrt FuE¹-Arbeiten zur Quanten-IT in Angriff genommen. Da es sich jedoch um ein überdurchschnittlich komplexes Forschungsgebiet handelt, das exzellente Kenntnisse sowohl der Quantenmechanik als auch der Informatik erfordert, sind die spezifischen Vorteile für konkrete Anwendungen nach wie vor vielfach unklar und allenfalls in ersten Ansätzen verstanden. Es sollen daher FuE-Arbeiten unterstützt werden, die auf die Erarbeitung vertiefter Kenntnisse zu Nutzung der Vorteile des Quantenrechners für konkrete Anwendungen abzielen. Dies schließt sowohl die Entwicklung neuer Algorithmen ein, als auch beispielsweise Arbeiten zur optimalen Kombination von klassischer und Quantenhardware. Des Weiteren ist zu klären, welche jeweiligen Vorteile reale Quantenrechner tatsächlich bieten, da diese gegenüber einem idealen theoretischen Quantenautomaten verschiedene Einschränkungen aufweisen, insbesondere die sehr kurze Lebensdauer der Quanten-Bits und die zu hohe Fehlerrate der Quanten-Gates. Es ist daher auch zu klären, in welcher Weise mittelfristig realisierbare fehlerbehaftete Quantencomputer sinnvoll eingesetzt ­werden können.

Charakteristisch für diese Projekte ist ihre Ausrichtung auf praxisnahe Problemstellungen und ein daraus resultierendes Engagement seitens Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft.

Gefördert werden kooperative, vorwettbewerbliche Verbundprojekte, die im Rahmen der drei genannten Schwerpunkte zu neuen oder wesentlich verbesserten Systemlösungen im Bereich der Quanteninformationsverarbeitung führen. Kennzeichen der Projekte sollen dabei ein hohes Risiko und eine besondere Komplexität der Forschungsaufgabe sein. Für eine Lösung ist in der Regel inter- und multidisziplinäres Vorgehen sowie eine enge Zusammenarbeit von Unternehmen und Forschungseinrichtungen erforderlich.

Ziel der Förderung ist es, Unternehmen in Deutschland dabei zu unterstützen, die erforderlichen Kompetenzen zur effektiven Nutzung der in Entwicklung befindlichen Quantencomputer zu erwerben, um damit innovative Produkte und Anwendungen für künftige Märkte verwirklichen zu können. Es soll ein effektiver Wissenstransfer von Forschungsinstituten zu Unternehmen stimuliert und insbesondere auch die Gründung neuer und die bessere Positionierung bereits bestehender Start-ups in der Community und am Markt gezielt unterstützt werden.

Da Innovations- und Beschäftigungsimpulse gerade auch von Unternehmensgründungen ausgehen, sind solche Gründungen im Anschluss an die Projektförderung des BMBF erwünscht. Der Hightech-Gründerfonds der Bundesregierung bietet hierzu Unterstützung an. Weitere Informationen finden sich unter http://www.high-tech-gruenderfonds.de.

Die Ergebnisse des geförderten Vorhabens dürfen nur in der Bundesrepublik Deutschland oder dem Europäischen Wirtschaftsraum und der Schweiz genutzt werden.

Gegenstand der Förderung

Gegenstand der Förderung sind risikoreiche, vorwettbewerbliche FuE-Vorhaben mit direktem Bezug zur Quanten­informatik. Eine praxisrelevante Zielsetzung ist zwingend erforderlich und muss sich im Projektkonsortium geeignet abbilden; rein erkenntnisorientierte Arbeiten werden nicht unterstützt.

Gefördert werden die Entwicklung und Anwendung genuiner Quantenalgorithmen, deren Überlegenheit mathematisch nachweisbar ist, wie auch Arbeiten zu heuristischen Verfahren, von denen noch weitestgehend unklar ist, ob und in welchen konkreten Instanzen sie von einer Quantenbeschleunigung profitieren können. Letztere weisen naturgemäß einen stärker experimentellen Charakter auf. Geeignete Kandidaten werden zweckmäßig zunächst auf klassischer Hardware im Hinblick auf die zu erwartende Quanten-Performanz simuliert. Themen entsprechender Projekte können beispielsweise sein:

• Anpassung und Optimierung bekannter Quantenalgorithmen wie beispielsweise Quanten-Fouriertransformation, Quanten-Faktorisierung oder Quanten-Hamiltonoperator-Simulation für neue Anwendungen,
• Entwicklung neuer Quantenalgorithmen, gegebenenfalls unter Einbeziehung von komplexitätstheoretischen Fragestellungen,
• Untersuchung des Nutzens von Quanten-Näherungs- und Optimierungsalgorithmen, sowohl gatterbasiert, als auch adiabatisch, insbesondere auch im Hinblick auf den Nachweis einer Quantenbeschleunigung,
• Quanten-Maschinenlernen,
• „Analoge“ Algorithmen für Quantensimulatoren,
• Optimierung klassischer Hardware zur effizienten Simulation von Quanten-Hardware und Quanten-Algorithmen; Entwicklung universeller „klassischer“ Quanten-Simulatoren.

Eine wesentliche, in naher Zukunft zu erwartende Aufgabenstellung wird darin liegen, die mittelfristig verfügbare Quanten-Hardware mit ihren diversen Unzulänglichkeiten und Limitierungen für sinnvolle Anwendungen zu nutzen. Damit zusammenhängende Aufgabenstellungen sind beispielsweise:

• Algorithmen und Anwendungen für nicht fehlerkorrigierte Quantenrechner von wenigen hundert Qubits (sogenannte „noisy intermediate-scale quantum computer – NISQ“),
• hybride Algorithmen für klassische und (NISQ-) Quantenhardware,
• robuste Algorithmen mit erhöhter Quanten-Fehlerresilienz,
• Entwicklung von Algorithmen für Quanten-Systeme (Gatter/Simulator/Annealer) mit eingeschränkter Konnektivität.

Alle Quantenrechner, sowohl die heutigen, stark limitierten, wie auch künftige, potenziell hochperformante Systeme benötigen spezifische Betriebssoftware. Diese trägt den systemimmanenten Eigenschaften der Quantencomputer Rechnung und macht deren Vorteile optimal für konkrete Anwendungen verfügbar, ohne dass ein Anwender hierfür Spezialkenntnisse benötigt. Aufgabenstellungen in diesem Kontext sind beispielsweise:

• effektive Verfahren für die Fehlerkorrektur und die Maximierung nutzbarer „logischer“ Qubits,
• Entwicklung von Programmierschnittstellen und Compilern zur Anwendung von Quantenalgorithmen sowohl auf universellen Quantencomputern, als auch für spezifische reale Quanten-Architekturen, insbesondere auch von einer breiten Community unterstützte stabile und praxisnahe Open-Source-Lösungen,
• Befehls-Codes für die Kontrolle und Auslese von Quantenprozessoren, sowie zur Steuerung der physikalischen und computertechnischen Peripherie eines Quantenprozessors,
• Simulationstools zur einfachen Überprüfung der Verwendbarkeit bzw. des Nutzens eines Quantencomputers bei konkreten neuen Anwendungen,
• erste, einfache Bibliotheken und Programmroutinen zur systematischeren Übertragung realer Problemstellungen auf geeignete Quantenalgorithmen.

Diese Aufzählungen sind nicht abschließend, sondern beispielhaft zu verstehen. Charakteristisch für alle Vorhaben soll sein, dass eine klar definierte Zielsetzung im Rahmen der Quanteninformatik durch ein effizientes, auf die Zielerreichung fokussiertes Konsortium adressiert wird.

Je nach Zielsetzung des Projekts kann es erforderlich sein, Zugriff auf bereits existierende und kommerziell für eine Nutzung verfügbare Quantenhardware zu verwenden. Entsprechende Kosten können ebenso beantragt werden, wie Mittel für die Quantensimulation auf klassischen, gegebenenfalls geeignet optimierten Rechnern.

Weiter Infos finden Sie in der Bekanntmachung.

Einreichungsfrist: durchgehend bis 29. Februar 2020.