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Quantum Simulator Challenge 2024

Der Quantum Simulator Challenge 2024 brachte 46 Teams aus Wissenschaft und Industrie aus 13 Ländern zusammen, um innovative Quantenanwendungen zu entwickeln. Zwischen Juli und November letzten Jahres arbeiteten sie an individuell definierten Problemstellungen. Dabei führten die Teams insgesamt 2.282 Berechnungsaufträge mit 14.500 Betriebsstunden auf dem Fujitsu‘s 40-Qubit-Quantensimulator aus, einem der leistungsstärksten Quantencomputer weltweit.

Das Qubit ist die kleinste Informationseinheit eines Quantencomputers. Qubits, die den Gesetzen der Quantenmechanik folgen, können im Gegensatz zu herkömmlichen Bits mehrere Zustände gleichzeitig annehmen und daher mehr Information aufnehmen. So sind Quantencomputer in der Lage, schon mit wenigen Qubits große Rechenleistungen zu erzielen und haben damit das Potenzial, bei komplexen Problemen klassische Rechner zu überbieten.

Algorithmus QuPIV ermöglicht vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in der Signalverarbeitung

Nach Abschluss der fünfmonatigen Wettbewerbsphase reichten die Teams ihre Forschungsberichte ein, die anschließend von einer zwölfköpfigen Jury, darunter führende Forscherinnen und Forscher der Quantencomputing-Abteilung von Fujitsu, ausgewertet wurden. Das Ilmenauer Team, angeführt von Philipp Pfeffer, überzeugte die Jury mit seinem Algorithmus QuPIV. Dieser neuartige Quantenalgorithmus kann sogenannte Kreuzkorrelationen berechnen, also die Bestimmung des räumlichen Versatzes zweier zeitlich kurz aufeinander folgender Verteilungen von Partikeln zur Strömungsmessung. Die Methode bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in der Signalverarbeitung: in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, zur Analyse von Fußgängerströmen in Städten oder zur Charakterisierung mikrofluidischer Systeme.

2. Platz für Team der TU Ilmenau bei der Quantum Simulator Challenge

Das Team des Instituts für Thermo- und Fluiddynamik der TU Ilmenau, Julia Ingelmann und Philipp Pfeffer vom Fachgebiet Strömungsmechanik und Theo Käufer vom Fachgebiet Technische Thermodynamik belegte bei der Quantum Simulator Challenge den zweiten Platz. Das Preisgeld von 30.000 US-Dollar, gut 27.700 Euro, nahm stellvertretend für das Team Philipp Pfeffer in Japan entgegen. Das Preisgeld ermöglicht es den drei Promovierenden nun, an wissenschaftlichen Konferenzen teilzunehmen, wo sie ihre Arbeit international präsentieren können.

Junges Wissenschaftlerteam forscht in Ilmenau auf höchstem Niveau

Ingelmann und Pfeffer forschen am Fachgebiet für Strömungsmechanik bei Professor Jörg Schumacher, der selbst mit Hilfe von Super- und Quantencomputern unter anderem im Rahmen eines ERC Advanced Grant, einer renommierten Förderung der Europäischen Union für führende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Strömungen berechnet und analysiert, wie sie beispielsweise nahe der Sonnenoberfläche auftreten: „Diese Auszeichnung bestätigt die Innovationskraft und Exzellenz der TU Ilmenau im Bereich Quantencomputing! Besonders stark sind wir in der Anwendung von Quantenalgorithmen für praktisch relevante Problemstellungen.“ Theo Käufer vom Fachgebiet Technische Thermodynamik entwickelte mit Fachgebietsleiter Prof. Christian Cierpka wegweisende Messtechnik für thermische induzierte Strömungen. Mittlerweile forscht Theo Käufer als Postdoktorand am renommierten Massachusetts Institute of Technology in den USA.

Den ersten Preis des Quantum Simulator Challenge 2024 gewann die Technische Universität Delft aus den Niederlanden für ein Projekt zur Optimierung von Schichtplänen in der industriellen Fertigung. Den dritten Platz hinter der TU Ilmenau belegte das japanische Startup-Unternehmen QunaSys Inc. mit einer groß angelegten Simulation elektronischer Molekülzustände mithilfe des Quanten-Phasenabschätzungsalgorithmus‘.