Neue Konzepte zur Entwicklung von Quantensoftware.
Professorin Ina Schaefer koordiniert neues DFG-Schwerpunktprogramm am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Quantencomputer gelten als wegweisende Technologie für die Lösung von Rechenproblemen, die herkömmliche Mittel übersteigen. Ein bedeutender Schritt in Richtung dieser Vision wurde durch die Entwicklung von Quanten-Hardware gemacht, die mittelgroße Quantengeräte ermöglicht. Jedoch steht die Realisierung des vollen Potenzials dieser Hardware noch bevor, und dafür ist grundlegende Forschung im Bereich der Methodenentwicklung unerlässlich. Denn ähnlich wie bei herkömmlichen Rechnern, kann das Rechenpotential von Quantencomputern nur mit einer gut funktionierenden Quanten Software gehoben werden.

Nun wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft das Schwerpunktprogramm (SPP) „Quantum Software, Algorithmen und Systeme – Konzepte, Methoden und Werkzeuge für den Quanten-Softwarestack“ eingerichtet, welches im kommenden Jahr starten soll. Es verfolgt einen interdisziplinären Ansatz, um die Entwicklung methodischer Bausteine entlang des gesamten Quantensoftware-Stacks zu fördern. Dieses Programm integriert Ideen aus der Informatik, Physik, Mathematik und den Ingenieurwissenschaften und zielt darauf ab, die Hindernisse für die Entwicklung eines vollständigen Stacks für das Quantencomputing zu überwinden.

"Wie beim klassischen Computing ist zu erwarten, dass die Wertschöpfung beim Quanten Computing aus der Software kommt, die auf der Quantenhardware läuft, wenn diese fertig entwickelt ist. Daher ist es höchste Zeit, Methoden und Werkzeuge für den Quanten Software Stack zu entwickeln, um das Potential zukünftiger Quantenhardware ausnutzen zu können“, erklärt die Programm-Koordinatorin Professorin Ina Schaefer vom KASTEL-Institut für Informationssicherheit und Verlässlichkeit am KIT.

Darüber hinaus sollen hybride Quanten-/Klassikberechnungen integriert und die Entwicklung von hybriden Quantencomputersystemen unterstützt werden, einschließlich Hardware/Software-Codesign und Electronic Design Automation (EDA) Prinzipien. Die Evaluierung der entwickelten Konzepte, Methoden und Werkzeuge wird durch geeignete Verifikations- und Validierungstechniken für Quantensoftware und -systeme gewährleistet.

Dieses Schwerpunktprogramm zielt darauf ab, wissenschaftliche Fortschritte auf dem gesamten Gebiet der Quantensoftware zu erzielen und einen bedeutenden Beitrag zur Entwicklung zukünftiger Quantencomputing-Technologien zu leisten.
Insgesamt wurden von der DFG bundesweit elf neue Schwerpunktprogramme eingerichtet. Hierfür stehen rund 72 Millionen Euro zur Verfügung. Die Programme sind zunächst auf einer Förderphase von drei Jahren angelegt. In Schwerpunktprogrammen sollen Themen bearbeitet werden, von denen eine prägende Wirkung auf ein wissenschaftliches Feld zu erwarten ist. Das kann zum einen durch die Entdeckung neuer Forschungsgebiete erfolgen, zum anderen dadurch, dass bekannte Gebiete aus einer anderen Perspektive oder über einen neuen Zugang bearbeitet werden. Darüber hinaus zeichnen sich Schwerpunktprogramme durch eine interdisziplinäre und ortsübergreifende Zusammenarbeit von Wissenschaftler*innen aus.