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Ein Blick in die Zukunft des branchenübergreifenden Quantencomputings

06.03.2020

Diese Meldung basiert auf einer Nachricht der Merck KGaA.

Darmstadt ist nicht nur der Sitz der weltweiten Zentrale von Merck, sondern auch ein globales Wissenschafts-, Technologie- und Innovationszentrum. Im Jahr 2019 wurde es sogar erneut als Deutschlands „Stadt der Zukunft" in Bezug auf wissenschaftliche Innovationen eingestuft. Im Rückblick ist es daher nicht überraschend, dass die jüngste Applied Quantum Conference von einem Konsortium großer, wissenschaftsorientierter Organisationen mit Sitz in Darmstadt ausgerichtet wurde: dem Operationszentrum der Europäischen Weltraumorganisation (ESA/ ESOC), dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und der Facility for Antiproton and Ion Research (GSI/FAIR) sowie Merck, einem dynamischen Wissenschafts- und Technologieunternehmen mit einer mehr als 350-jährigen Geschichte. Im Mittelpunkt der Konferenz stand die Diskussion des bevorstehenden Paradigmenwechsels in der Quantentechnologie. Im Einzelnen zielte die Veranstaltung darauf ab, Quantenlösungen für aktuelle und zukünftige Bedürfnisse zu identifizieren, Gemeinschaften zu verbinden und Interaktionen zu erleichtern, um zukünftige produktive Kooperationen und Lösungen zu fördern.

Was ist "Quantum"?

Bei der Quantenmechanik in der Physik geht es im Wesentlichen darum, wie sich Moleküle, Atome oder subatomare Teilchen verhalten. Im Laufe der Jahre hat man beobachtet, dass sich solche Teilchen auf eine Weise verhalten, die höchst unerwartet und mit den etablierten Gesetzen der klassischen Physik nur schwer zu erklären ist. Daher gibt es derzeit fast 20 verschiedene philosophische Interpretationen darüber, was Quantenverhalten ist, die alle in ihren jeweiligen Anwendungen gültig sind. Unternehmen wie Merck interessieren sich für Quantenverhalten dort wo es einen industriellen Kontext betrifft. Dazu gehört auch, wie es genutzt werden kann, um Herausforderungen in den Bereichen Leistungsmaterialien, Biowissenschaften und Gesundheitswesen anzugehen.

Insbesondere hofft man, dass das Quantencomputing die Grenzen der traditionellen "digitalen" Rechenmethoden und des maschinellen Lernens, die derzeit zur Identifizierung potenzieller neuer Materialien und Medikamente und deren Wechselwirkung mit so genannten Drug Targets eingesetzt werden, überwinden kann. Diese Methoden sind sehr rechenintensiv, wenn nicht sogar unmöglich, und stützen sich oft auf riesige Datensätze, um die Modelle zu trainieren. Ein Versprechen des Quantencomputers ist, dass dieser Prozess durch die Verwendung von so genannten "Qubits" anstelle der traditionellen Nullen und Einsen der binären digitalen Berechnungen erheblich beschleunigt wird. Ein Qubit lässt sich am besten als einen Vektor beschreiben, der auf einen Punkt auf der Oberfläche einer Kugel zeigt. Drehungen dieses Vektors und Wechselwirkungen mit anderen Vektoren nach den Gesetzen der Quantenmechanik können als Verschlüsselungsberechnungen auf Quantenobjekten verwendet werden. Es ist jedoch derzeit weder klar, wie die Algorithmen für die meisten realen Probleme verwendet werden können, noch ist es möglich, die Berechnungen zu testen, da es noch keine Hardware mit genügend Qubits gibt. Dennoch sind erste interessante Ansätze für "quantenverstärkte" Berechnungen in Sicht.

Die Applied Quantum Conference

Vor diesem Hintergrund haben die Darmstädter Wissenschaftsunternehmen ESA/ESOC, GSI/FAIR und Merck die Applied Quantum Conference organisiert.  Sie fand am 4. Februar 2020 statt und brachte sehr unterschiedliche Branchen zusammen, die sich in ihren Problemen und Lösungsansätzen sehr ähnlich sind.

Die Konferenz zog ein Panel mit hochkarätigen Referenten von Merck, ESA/ESOC und GSI/FAIR an. Darüber hinaus präsentierten Spitzenuniversitäten die allerneuesten Fortschritte aus ihren Labors, und eine ausgewählte Gruppe von Start-ups und etablierten internationalen Firmen demonstrierten Produkte und Ergebnisse an der Spitze dieser Technologielandschaft.

„Die erste Applied Quantum Conference war sehr erfolgreich darin, Experten für die Anwendungen des Quantencomputings auf Herausforderungen in vielen Teilbereichen der realen Welt zusammenzubringen. Der Austausch von Erfahrungen hat viele Gemeinsamkeiten aufgezeigt und das Potential für gemeinsame Herangehensweisen zur Verstärkung der Nutzung des Quantencomputings in verschiedenen Gebieten sichtbar werden lassen. Bei GSI und der zukünftigen internationalen FAIR-Anlage, die gerade errichtet wird, freuen wir uns darauf, die bestehende Zusammenarbeit mit ESA und Merck auf diesem und auch weiteren Gebieten zu intensivieren“, sagte Dr. Tobias Engert, Mitorganisator der Konferenz und Leiter des Technologietransfers von GSI und FAIR.

Die Konferenz für angewandte Quantentechnik war eine spektakuläre gemeinschaftliche Beispielveranstaltung für einen Zweig der wissenschaftlichen Bestrebungen, der den Fortschritt des 21. Jahrhunderts prägen könnte. Die drei Organisatoren, ESA/ESOC, GSI/FAIR und Merck, freuen sich sehr auf alle Folgeaktivitäten, die identifiziert worden sind. (Merck/CP)

Weitere Informationen:

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Quantencomputing könnte die Grenzen der traditionellen Rechenmethoden überwinden.
Blick ins Innere des Höchstleistungs-Rechenzentrums Green IT Cube bei GSI/FAIR.
Dr. Yvonne Leifels informierte die Konferenzteilnehmer über GSI und FAIR.
Auch für das wissenschaftliche Rechnen könnte Quantencomputing in Zukunft eine bedeutende Rolle spielen.
Bild: G. Altmann, Pixabay
Foto: G. Otto, GSI/FAIR
Foto: Merck KGaA

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