4,9 Millionen Euro für die Berechnung von Strömungen

20. September 2022

Foto: Oxford Martin School, Fisher Studios

Prof. Dr. Dieter Jaksch wird das Projekt koordinieren. Ziel ist es, die Möglichkeiten des Quantencomputings für industrielle Anwendungen der Strömungsmechanik nutzbar zu machen.

Quantentechnologien versprechen deutlich schnellere Lösungen für viele wissenschaftliche und technologische Fragestellungen. Für die Berechnung von Flüssigkeitsströmungen mithilfe von Quantentechnologie erhält ein Forschungskonsortium unter der Leitung von Prof. Dr. Dieter Jaksch vom Fachbereich Physik der Universität Hamburg EU-Fördergelder in Höhe von 4,9 Millionen Euro.

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.

Entwicklung eines Quanten-Software-Rahmens

„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.

Enge Zusammenarbeit zwischen Forschung und Praxis

Mit dem Projekt werden die Möglichkeiten des Quantencomputings für industrielle Anwendungen der Strömungsmechanik nutzbar gemacht. Mithilfe unterschiedlicher Simulationsmethoden wollen die Forschenden detaillierte Informationen über die Anforderungen an Quantenhardware und die erreichbaren Quantenvorteile liefern.  Darüber hinaus werden sie Hardware-Entwicklerinnen und -Entwicklern n 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 die Hardware-Entwicklung. Für diesen Projektteil werden ca. 1 Mio. Euro zur Verfügung stehen. Alle Partner 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.