Strömungen mit Quanten berechnen
Quanten-Software soll die numerische Strömungsmechanik voranbringen.
Wissenschaftlicher und technologischer Fortschritt in zahlreichen Bereichen wird durch die Fähigkeit bestimmt, komplexe Flüssigkeitsströmungen genau vorherzusagen und zu optimieren. Das betrifft die Natur- und Lebenswissenschaften, einschließlich der Klimaforschung, ebenso wie die Energie-, Chemie-, Automobil-, Flugzeug- und Schiffsbauindustrie. Allerdings stellt die große Bandbreite an Längen- und Zeitskalen, die dabei berücksichtigt werden muss, die Forschenden vor hohe Anforderungen: Die Möglichkeiten, die für die Berechnung von Strömungen derzeit zur Verfügung stehen, reichen nicht aus, um den zukünftigen Anforderungen in Wissenschaft und Industrie gerecht zu werden.
„Wir stellen uns dieser Herausforderung, indem wir einen Quanten-Software-Rahmen für die Lösung eines breiten Spektrums industriell relevanter Probleme der numerischen Strömungsmechanik entwickeln werden“, sagt Dieter Jaksch, der das Projekt „QCFD – Quantum Computational Fluid Dynamics“ koordinieren wird. Dieser Rahmen soll sowohl plattformunabhängige Quantenalgorithmen als auch hardwareoptimierte Software für Plattformen in den führenden europäischen Quanten-Technologie-Projekten umfassen.
Mit dem Projekt werden die Möglichkeiten des Quantencomputings für industrielle Anwendungen der Strömungsmechanik nutzbar gemacht. Mithilfe unterschiedlicher Simulationsmethoden wollen die Forscher detaillierte Informationen über die Anforderungen an Quantenhardware und die erreichbaren Quantenvorteile liefern.
Darüber hinaus werden sie Hardware-Entwickler detailliertes Feedback geben. „Wir werden in agilen Zyklen arbeiten, um schnell auf die Anforderungen der Nutzer und die Fortschritte bei der Qualität der Quantenhardware reagieren zu können“, so Jaksch. Die Schwerpunkte des Physikers, der zum Wintersemester 2021/2022 von der Universität Oxford an die Universität Hamburg wechselte und im Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ forscht, liegen auf plattformunabhängigen Algorithmen, der Simulation mittels Tensor-Netzwerken, möglichen Quantenvorteilen und dem Feedback für Hardware-Entwicklung. Für diesen Projektteil werden rund eine Million Euro zur Verfügung stehen. Alle Projektbeteiligten werden die Quantensoftware verifizieren und mit Standardergebnissen der numerischen Strömungsmechanik vergleichen.
Das Projekt wird im Rahmen einer Horizont Europa Forschungs- und Innovationsmaßnahme (RIA) der EU Kommission gefördert und startet voraussichtlich am 1. November 2022. Zu dem Forschungsverbund gehören neben der Forschungsgruppe der Universität Hamburg Forschende der Technischen Universität Hamburg, der Technischen Universität Kreta, der Universität Innsbruck, des Forschungszentrums Jülich und das Software-Unternehmen ENGYS Italia.
U. Hamburg / DE
