Optimierungsprobleme mit dem Quantencomputer lösen
Projektstart für FeedbacQ: Sechs europäische Partner wollen ein neues Anwendungsfeld für Quantencomputer erschließen – mit Methoden der Regelungstechnik. Das von der Universität Stuttgart geleitete Vorhaben ging erfolgreich aus dem hochkompetitiven QuantERA-Call 2025 hervor.
Ein Lieferdienst muss seine Routen möglichst spritsparend planen. Der Betreiber eines Stromnetzes muss Erzeugung und Verbrauch so aufeinander abstimmen, dass das Netz stabil bleibt. Was beide verbindet: Sie stehen vor Optimierungsproblemen. Sie müssen unter vielen verschiedenen Optionen die bestmögliche Lösung finden – eine Herausforderung, die uns in vielen Bereichen des Alltags und der Wirtschaft begegnet. Dank moderner IT-Anwendungen lassen sich viele Optimierungsprobleme heute unkompliziert lösen. Doch bei sehr komplexen Problemen können selbst leistungsfähige PCs an Grenzen stoßen.
Quantencomputer können bestimmte Problemarten wesentlich effizienter lösen als klassische Computer. Im Projekt FeedbacQ wollen sechs europäische Forschungseinrichtungen gemeinsam herausfinden, ob hierzu auch Optimierungsprobleme zählen. „Wir setzen an mehreren Stellschrauben an“, sagt Dr. Julian Berberich vom Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik (IST) der Universität Stuttgart. „Wir entwickeln Methoden, um reale Optimierungsprobleme in Formen zu übersetzen, die von Quantencomputern verarbeitet werden können. Wir entwickeln neuartige Quantenalgorithmen. Und wir suchen nach Wegen, um die Fehleranfälligkeit von Quantenrechnern zu verringern. Neu dabei ist, wie wir diese Aufgaben lösen – nämlich mithilfe von Regelungstechnik.“
Regelungstechnik soll Quantencomputing voranbringen
Quantenberechnungen funktionieren grundlegend anders als klassische Computerberechnungen. Statt mit Bits, die entweder den Zustand 0 oder 1 haben, arbeiten Quantencomputer mit Qubits. Diese können verschiedene Zustände gleichzeitig annehmen. Quantenalgorithmen nutzen Überlagerungen und Verschränkungen dieser Zustände, um bestimmte Rechenwege zu verstärken und andere abzuschwächen. Erst die Messung am Ende liefert ein konkretes Ergebnis.
„In FeedbacQ entwickeln wir einen neuen Ansatz für Quantenberechnungen“, sagt Projektleiter Berberich. „Wir arbeiten an mathematischen Methoden, mit denen sich Quantenalgorithmen während des Rechenprozesses überwachen und in Echtzeit beeinflussen lassen. Mithilfe von Regelungstechnik, das heißt ständigem Messen und Nachjustieren, wollen wir zuverlässigere, schnellere und ressourceneffizientere Berechnungen ermöglichen.“
Auch die bisher noch sehr fehleranfällige Quantenhardware wollen die Forschenden mit Methoden der Regelungstechnik verbessern. Sie entwickeln neue Fehlerkorrekturtechniken, die ebenfalls auf Feedbackschleifen und kontinuierlicher Überwachung und Regelung basieren. Anhand realer Experimente an Quantencomputern, darunter ein gatterbasiertes Gerät am Politecnico di Torino, wollen sie ihre Ergebnisse validieren und die praktische Bedeutung demonstrieren.
Interdisziplinäres europäisches Projektkonsortium
FeedbacQ wird von der Universität Stuttgart geleitet. Zum Konsortium gehören die Freie Universität Berlin, die Pariser Universitäten CentraleSupélec und École Nationale Supérieure de Techniques Avancées, das Politecnico di Torino und die University of Malta.
Der Startschuss für das Projekt fiel am 20. Oktober mit einem gemeinsamen Treffen der Partner in Berlin. Drei Jahre lang forschen nun Wissenschaftler*innen aus Physik, Mathematik, Ingenieurwissenschaften und Informatik gemeinsam an der Schnittstelle von Regelungstechnik und Quantencomputing.
Das transnationale Fördernetzwerk QuantERA unterstützt das Vorhaben mit 1,15 Millionen Euro. FeedbacQ setzte sich in einem hochkompetitiven Förderwettbewerb durch: 2025 haben sich 287 Projekte aus 29 Ländern für eine QuantERA-Finanzierung beworben, nur 39 waren erfolgreich.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Julian Berberich, Universität Stuttgart, Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik, Tel.: +49 711 685-67747, E-Mail: julian.berberich@ist.uni-stuttgart.de
Weitere Informationen:
https://www.uni-stuttgart.de/universitaet/aktuelles/meldungen/Optimierungsprobleme-mit-dem-Quantencomputer-loesen/
https://www.ist.uni-stuttgart.de/research/group-of-julian-berberich/FeedbacQ-Feedback-enabled-quantum-optimization-and-control/
https://www.ist.uni-stuttgart.de/
https://www.uni-stuttgart.de/forschung/profil/quantum-technologies/
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