Quantumcomputing: Hoog toekomstpotentieel voor de industrie

De Roadmap Quantum Computing van de overheid heeft als doel dat Duitsland, in samenwerking met Europese partners, binnen de komende tien jaar in staat moet zijn om een operationele kwantumcomputer te bouwen en te bedienen. Dit toont het potentieel van de technologie en hoe belangrijk deze ook is voor de economie en wetenschap. Zo kunnen kwantumcomputers zeer complexe taken oplossen en in talloze gebieden behulpzaam zijn: »Kwantumcomputers worden beschouwd als veelbelovende spronginnovaties voor machine learning en kunstmatige intelligentie«, zegt Olga Meyer van het Kompetenzzentrum DigITools, die SEQUOIA namens het Fraunhofer IPA leidt. »Kwantumcomputers kunnen enorme, complexe datasets zeer snel analyseren. Het potentieel van deze combinatie zou al binnen enkele jaren invloed kunnen hebben op vele economische sectoren – zoals geneeskunde, logistiek, energie, financiële en verzekeringssectoren – bestaande toepassingen versnellen en geheel nieuwe mogelijk maken.«

De procesplanning en resource-optimalisatie in de productie kunnen beter worden ingericht, robots kunnen fijnere bewegingen uitvoeren en onbemande transportvoertuigen kunnen in de logistiek efficiënter worden ingezet. In de concurrentie met andere landen kan Duitsland hiermee als toonaangevende technologische locatie nog meer aan belang winnen. Het projectkonsortium rond het leidende Fraunhofer-instituut voor Arbeitswirtschaft und Organisation IAO onderzoekt en ontwikkelt nu in het project SEQUOIA de kansen verder, om quantum computing voor de industrie bruikbaar te maken. Daarbij staat de afkorting van de projectnaam voor software-engineering van industriële, hybride kwantumtoepassingen en -algoritmen.

Behoeften identificeren om het economisch gebruik mogelijk te maken

De belangrijkste doelen van SEQUOIA zijn het onderzoeken, ontwikkelen en testen van nieuwe methoden, tools en werkwijzen voor quantum computing, om in de toekomst het beste gebruik ervan te kunnen maken. »De kwantumcomputer maakt gewone computers niet overbodig«, zegt Meyer. »De sleutel tot de optimale toepassing kan de zogenaamde hybridisering zijn, waarbij zowel conventionele computers als kwantumsystemen worden ingezet. Beide hebben hun grenzen, maar met hybridisering kunnen deze worden opgeheven. Dit is precies wat in het project praktisch moet worden onderzocht.«

In het project SEQUOIA worden daarom vooral de volgende drie thema’s centraal gesteld:

- Het opzetten van een toepassingscentrum voor quantum computing
Demonstrabele toepassingen en algoritmen worden onder andere ontwikkeld voor de volgende gebieden: productie, ontwikkeling, industriële robotica en logistiek, energie, financiële sector, mobiliteit en gezondheidszorg.
- Ontwikkeling van een componentenbouwdoos
Hoe kan de samenwerking tussen conventionele systemen en kwantumcomputers eruitzien? Het aanbieden van softwarecomponenten voor hybride kwantumtoepassingen en -algoritmen zou deze vraag kunnen oplossen.
- Ontwikkeling van een SEQUOIA-model voor software-engineering van kwantumsoftware
Hoe ziet de softwarelevenscyclus eruit voor hybride kwantumtoepassingen? Welke processen en best practices bestaan er voor ontwikkeling, testen en operationeel gebruik?

De basis voor het project is de door IBM beschikbare hardware »Q System One« en andere kwantumcomputers via de cloud. Het Fraunhofer-competentiecentrum Quantum Computing Baden-Württemberg, samen met het Fraunhofer-instituut voor Toegepaste Vastestoffysica IAF in Freiburg, legt de fundamenten voor toegepast onderzoek naar de volgende generatie high-performance computers. Dit omvat de technische randvoorwaarden, de toepassingskennis voor IBM-technologieën, eigen simulatie- en softwareontwikkelingsclusters, evenals geschikte opleidingsmogelijkheden en faciliteiten.

»Het project moet het nodige begrip creëren om toepassingsgebieden te karakteriseren, potentieel systematisch te beoordelen en oplossingscomponenten op maat aan te bieden. Daarnaast willen we bijdragen aan de algemene bekendheid van Baden-Württemberg als locatie voor onderzoek en ontwikkeling op het gebied van quantum computing«, zegt Falko Kötter, projectleider en wetenschapper bij het Fraunhofer IAO.

Informatiebijeenkomst »Quantum Computing« – van onderzoek naar bedrijfspraktijk

Bij de kick-off van het project op 2 maart 2021 krijgen deelnemers informatie over de potentieel van quantum computing en hoe bedrijven actief kunnen bijdragen aan de vormgeving ervan binnen het kader van het SEQUOIA-project. Zo kunnen ze toepassingsgebieden en inzetmogelijkheden op hun eigen bedrijf toepassen en worden ze in staat gesteld om de ontwikkeltrajecten van de technologie mede vorm te geven. Daarnaast wordt informatie gegeven over verdere opleidings- en netwerkmogelijkheden om bedrijven met interesse voor quantum computing te verbinden en in contact te brengen.

Het Ministerie van Economie, Arbeid en Wonen van Baden-Württemberg financiert het SEQUOIA-project en nog vijf andere samenwerkingsonderzoeken binnen het Fraunhofer-competentiecentrum Quantum Computing Baden-Württemberg met 19 miljoen euro.

Projectpartners zijn naast het Fraunhofer IPA ook het Fraunhofer IAO, het Fraunhofer IAF, de universiteiten van Stuttgart en Tübingen, het FZI Forschungszentrum Informatik en actoren uit het bedrijfsleven. Geassocieerde partners en andere multipliers, zoals brancheorganisaties als Bitkom, zorgen voor een succesvolle overdracht naar de economie en wetenschap.