Software-Engineering industrieller, hybrider Quantenanwendungen und -algorithmen (SEQUOIA)

Quantencomputer stehen an der Schwelle von Theorie zu Praxis. Im Kompetenzzentrum Quantencomputing Baden-Württemberg steht ab 2021 ein IBM Q System One als erster Quantencomputer zur Verfügung. Diese neue Art von Computer bietet hohe Potenziale für Wirtschaft und Forschung. Grund dafür ist die Ermöglichung neuer und effizienterer Lösungsverfahren in vielen Bereichen, beispielsweise in Fertigung, Entwicklung, Industrierobotik und Logistik, Energie, Finanzwirtschaft, Mobilität und Gesundheitswesen.

Um das gewaltige Potenzial der Quantencomputer zu nutzen, sind neue Verfahren und Prozesse des Software Engineering vonnöten. Nicht zuletzt, da in sogenannten hybriden Verfahren die Arbeiten zwischen konventionellem und Quantencomputer richtig aufgeteilt werden müssen.

Ausgehend von Anwendungsfällen und Anwenderbedarfen wurden neue Methoden, Werkzeuge und Algorithmen entwickelt. Dazu gehören Quantenalgorithmen sowie Technologien für den Entwicklungsprozess bis hin zur Ausführung von Quantenschaltkreisen. Dies beinhaltet auch Verfahren für die Fehlermitigation sowie standardisierte Schnittstellen. Diese Technologien werden in hybriden Lösungen angewendet, die Quantenalgorithmen mit klassischen Lösungselementen kombinieren.

Demonstratoren zeigen, wie diese hybriden Lösungen neue Möglichkeiten und Potenziale auf fachlicher Ebene realisieren.

Alle Ergebnisse fließen im SEQUOIA Software-Engineering-Modell zusammen, das mit Prozessen und Best Practices als Blaupause für die Umsetzung von Quantensoftware dient.

Zudem werden die Ergebnisse im SEQUOIA-Anwendungszentrum im Rahmen des Kompetenzzentrums »Quantencomputing Baden-Württemberg« kontinuierlich mit zukünftigen Anwendern abgestimmt und einer breiten Fachöffentlichkeit zugänglich gemacht.

Ziel von SEQUOIA war die Erforschung, Entwicklung und Erprobung neuer Methoden, Werkzeuge und Vorgehensweisen für Quantencomputing, um zukünftig die Nutzung hybrider Quantenanwendungen und -algorithmen durch die Wirtschaft zu ermöglichen. Wesentliche Ergebnisse sind:

• Aufbau des SEQUOIA-Anwendungszentrums für Quantencomputing.
• Der SEQUOIA-Komponentenbaukasten mit Softwarekomponenten für hybride Quantenanwendungen und -algorithmen auf der Projekthomepage.
• Das SEQUOIA-Modell für Quanten-Software-Engineering.