Anwendungsmöglichkeiten in der Luft- und Raumfahrt DLR und NASA entwickeln Open-Source-Softwarepaket für Quantencomputer

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die US-Weltraumbehörde NASA arbeiten gemeinsam an einer Software-Bibliothek, mit der das Potenzial von Quantencomputern für Anwendungen aus der Luft- und Raumfahrt untersucht werden kann. Resultierende Module sollen unter Open-Source-Lizenz öffentlich zugänglich gemacht werden.

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Die Arbeitsgruppe Quantencomputing im DLR hat bereits ein Softwaremodul veröffentlicht, das zur Untersuchung von Quantencomputeransätzen für Aufgaben wie die Routenoptimierung von transatlantischen Flügen, eine Zuweisung von Flugzeugen an großen Flughäfen oder die Planung von Satellitenmissionen genutzt wird. Auf Basis dieser Arbeit und entsprechenden Vorstäßen der amerikanischen Raumfahrtagentur entwickeln die NASA und das DLR nun weitere Module, die anschließend als Open-Source-Software allgemein zugänglich sein werden.

„Als eine der ersten und weltweit führenden Arbeitsgruppen für anwendungsorientierte Quantencomputerforschung ist die Forschungsgruppe der NASA, das NASA Quantum Artifical Intelligence Laboratory (QuAIL), ein attraktiver Kooperationspartner für das DLR. Es bestehen viele inhaltliche Übereinstimmungen mit den Forschungszielen und den Anwendungsfällen des DLR“, sagt Dr. Tobias Stollenwerk, Leiter der Arbeitsgruppe Quantencomputing am DLR-Institut für Softwaretechnologie in Köln. „Der Fokus liegt auf der Untersuchung von Anwendungen für Quantencomputer in der Luft- und Raumfahrt sowie bei der Entwicklung entsprechender Algorithmen.”

Das DLR und die NASA forschen schon seit 2016 gemeinsam zum Quantencomputing. Die Kooperation wird nun gestärkt. So soll unter anderem eine Software ausgebaut werden, die die Erstellung neuer Quantencomputer-Algorithmen unterstützt. Außerdem liegt ein Schwerpunkt auf Software zur Kompilierung und Fehlerunterdrückung bei Rechenprozessen.

Die Partner bearbeiten auch das Software-Modul der DLR-Gruppe weiter. Das Modul dient als Schnittstelle bei der Übertragung von industriellen Planungsproblemen auf Quantencomputer. Entwickelt wurde es im Projekt EQUATE (Enabling QUAntum AdvantagE). Das Projekt untersucht, ob ein bestimmtes Problem auf einem aktuellen Quantencomputer tatsächlich schneller gelöst wird als auf einem herkömmlichen Computer. Außerdem geht es darum, wie sich Quantencomputer effizient mit klassischen Computern kombinieren lassen.

Quantencomputing im DLR-Institut für Softwaretechnologie

Das Institut für Softwaretechnologie forscht seit 2015 an Quantencomputing. Die Arbeitsgruppe Quantencomputing ist Teil der Abteilung High-Performance Computing. Zu den zentralen Aufgaben der Gruppe zählen die Entwicklung und Erforschung von Algorithmen und Software für frühe Quantencomputer.

Quantencomputer versprechen extreme Laufzeitverbesserungen für bestimmte Anwendungsprobleme, die mit herkömmlichen Computern aktuell nicht zu lösen sind. Während klassische Computer Rechenaufgaben mit Bits lösen, die entweder den Zustand Null oder Eins haben, funktionieren Quantencomputer auf der Basis von Qubits. Diese können viele verschiedene Zustände gleichzeitig annehmen. Algorithmen, die diese Eigenschaften optimal ausnutzen, können klassischen Algorithmen deutlich überlegen sein.

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