Das Quantencomputing hat das Potenzial, Berechnungen und Simulationen auszuführen, die von klassischen Rechnern aufgrund von Skalierungseffekten auch in Zukunft nicht gelöst werden können. Bei der Simulation von Molekülen, der Optimierung logistischer Systeme und der Klassifizierung mittels Methoden des Maschinellen Lernens sind klassische Computer zwar in der Lage, kleinere Modellsysteme zu lösen, jedoch wächst die Rechenzeit exponentiell mit der Systemgröße, weshalb auch auf lange Sicht reale und damit komplexere Probleme nicht gelöst werden können.
Der exponentielle Vorteil von Quantencomputern ist für einzelne der oben genannten Fragestellungen informationstheoretisch bewiesen. Dafür werden jedoch ideale Quantencomputer mit einer großen Zahl an fehlerfreien, vollständig verschränkbaren Qubits benötigt, welche auch absehbar nicht zur Verfügung stehen. Kurz- und mittelfristig verfügbare „noisy intermediate-scale quantum computer“ (NISQ) müssen allerdings erst zeigen, bei welchen praxisrelevanten Problemen („Use Cases“) sie einen Vorteil liefern können. Um das Potenzial für Wirtschaft und Gesellschaft zu erschließen, bedarf es der Operationalisierung vielfältiger Probleme durch die Anwender1 ebenso wie der Realisierung der entsprechenden Quantenalgorithmen und -software. Im Sinne eines ganzheitlichen Ökosystems sollen insbesondere Anwender verschiedener Disziplinen eingebunden werden, um somit den größtmöglichen Nutzen aus dem Quantencomputing zu ziehen.
Förderziel und Zuwendungszweck
Die Fördermaßnahme „Anwendungsorientierte Quanteninformatik“ verfolgt das Ziel, den Nachweis praktischer Anwendervorteile durch die Nutzung eines Quantencomputers zu erbringen oder zumindest die Grundlagen hierfür zu erschließen und die benötigten Ressourcen abzuschätzen. Dabei sollen neue Akteure für die Anwendung des Quantencomputing gewonnen werden und etablierte Institutionen ihre Aktivitäten fortführen und ausbauen. In diesem Rahmen sollen Anwender aus Industrie und Grundlagenforschung in die Lage versetzt werden, die Potenziale des Quantencomputers für den Einsatz im jeweilig betrachteten Themenfeld zu beurteilen.
Im Rahmen dieser Richtlinie „Anwendungsorientierte Quanteninformatik“ werden Forschungsarbeiten unterstützt, bei denen Partner mit komplementären Kompetenzen beispielsweise in den Bereichen Quantenalgorithmen sowie der adressierten Anwendung zusammenarbeiten, um im Rahmen des Projekts das Potential vom Quantencomputing für den konkreten Anwendungsfall bewerten zu können.
Die Ergebnisse des geförderten Vorhabens dürfen nur in der Bundesrepublik Deutschland oder dem Europäischen Wirtschaftsraum (EWR) und der Schweiz genutzt werden.
Gegenstand der Förderung
Mit dieser Maßnahme werden vorwettbewerbliche Forschungs- und Entwicklungsverbundprojekte mit dem Ziel gefördert, für definierte Anwendungsgebiete in Wirtschaft oder Wissenschaft („Domänen“) einen nützlichen Quantenvorteil zu erzielen oder mindestens perspektivisch die Grundlagen für das entsprechende Ziel zu erarbeiten und die benötigten Hardwareressourcen abzuschätzen. Mögliche Forschungsthemen sind unter anderem:
- analoge oder digitale Algorithmen für Quantensimulation,
- quantenmaschinelles Lernen,
- Quantenalgorithmen für ein spezifisches operationalisiertes (Optimierungs-)Problem insbesondere auch für nicht-gatterbasiertes Quantencomputing (zum Beispiel Gaussian Boson Sampling oder Quantum Annealing),
- hybride Algorithmen für das Co-Processing in High Performance Computing-Umgebungen und
- quanteninspirierte Algorithmen auf klassischer Hardware.
Diese Aufzählung ist nicht abschließend, sondern beispielhaft zu verstehen.
Charakteristisch für alle Vorhaben ist, dass ein klar definierter Anwendungsfall der Quanteninformatik durch ein effizientes, auf die Zielerreichung fokussiertes Konsortium adressiert wird. Flankierend können dabei auch informationstheoretische Aspekte wie zum Beispiel Quantenfehlerresilienz oder Fehlermitigation erforscht werden. Gleiches gilt für Arbeiten zu klassischen Algorithmen, sofern diese dem Benchmarking der Quantenalgorithmen dienen. Eine Unternehmensbeteiligung der gewerblichen Wirtschaft ist zwingend erforderlich und unterstreicht die Anwendungsnähe der Vorhaben.
Weitere Informationen finden Sie in der Bekanntmachung.
Das Antragsverfahren ist zweistufig angelegt.
FRIST: Der Stichtag für die Einreichung von Projektskizzen ist jeweils der 31. Januar eines Jahres. Der erste Stichtag ist am 31. Januar 2024. Die Vorlagefrist endet am 31. Januar 2026.
