Forschungsprojekte, Kooperationen

Die Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung mbH Göttingen (GWDG) und fünf Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft haben das Forschungsprojekt QUANDA (Quantum Anomaly Detection & Analysis) gestartet. Das Vorhaben wird im Rahmen des Förderprogramms „Entwicklung digitaler Technologien“ durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit insgesamt ca. 4 Millionen Euro gefördert. Die feierliche Bekanntgabe der Förderung erfolgte im Rahmen der „Tage der digitalen Technologien 2026“ in Berlin. QUANDA ist eines der ersten Satellitenprojekte des großen Leitprojekts „FullStaQD“, das die Entwicklung eines offenen und standardisierten deutschen Quanten-Software-Stacks vorantreibt. QUANDA steuert Softwarebausteine bei, mit denen sich Quantencomputer in Hochleistungsrechenzentren einbinden lassen, und stellt seine Ergebnisse als offene Ergänzungen zu FullStaQD bereit. Die Anomalie-Erkennung im Energiesektor dient dabei als praxisnaher Testfall.

Die strategische Rolle eines gemeinsamen Software-Stacks

Quantencomputing gilt sowohl im aktuellen Gutachten der Expertenkommission Forschung und Innovation (EFI) als auch in der Hightech Agenda Deutschland als eine von sechs Schlüsseltechnologien, in der Deutschland im internationalen Vergleich hervorragend positioniert ist. Mit zunehmender Reife der Quantencomputing-Hardware werden die Software und damit gemeinsame Softwarestandards entscheidend dafür sein, Quantencomputing breit nutzbar zu machen. Die EU will diese Standards aktiv mitgestalten.
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Durch die Bereitstellung der Beiträge zu FullStaQD als offene Software fördert QUANDA offene, interoperable Lösungen und stärkt Deutschlands Rolle als eine der führenden Nationen für Quantencomputing-Hardware und -Dienstleistungen. Das Projekt trägt damit unmittelbar zur Umsetzung der Hightech Agenda Deutschland bei, die bis 2030 die Realisierung europäischer Spitzen-Quantencomputer vorsieht, sowie zum Handlungskonzept Quantentechnologien der Bundesregierung.

„Quantencomputer haben das Potenzial, bestimmte Probleme zu lösen, bei denen klassische Rechner an ihre Grenzen stoßen. Für konkrete industrielle Anwendungen wird aber das Zusammenspiel mit klassischen Hochleistungsrechnern entscheidend sein. Mit QUANDA untersuchen wir, wie sich diese Technologien optimal kombinieren lassen, um ihr gemeinsames Potenzial zu erschließen“, sagt Dr. Christian Boehme (Stellvertretender Leiter der Arbeitsgruppe „Computing“, GWDG).
 
Was QUANDA zu FullStaQD beiträgt

Die GWDG und QUDORA Technologies entwickeln gemeinsam die technische Grundlage, um Quantencomputer in bestehende Hochleistungsrechen-Infrastrukturen einzubinden. Dazu entwickeln die Partner eine automatisierte Ausführungsumgebung, die klassische Hochleistungsrechner und Quantencomputer in einem gemeinsamen Arbeitsablauf verbindet. Insbesondere soll die hochkomplexe Vorbereitung und Kompilierung von Quantencomputing-Programmen durch High-Performance Computing (HPC) verbessert werden.

Die GWDG richtet dafür FullStaQD auf ihren HPC-Ressourcen als Entwicklungs- und Testumgebung ein. Integrierte Anwendungen aus HPC- und Quantencomputing-Komponenten werden über standardisierte Schnittstellen optimal aufeinander abgestimmt so auf HPC-Systeme und Quantenhardware verteilt, dass beide Ressourcen effizient genutzt und eine gegenseitige Leistungsverbesserung erreicht werden. Die im Projekt hierzu entwickelten Softwareerweiterungen fließen in das Zentralprojekt FullStaQD ein.

Die entwickelten Softwarebausteine sollen offen und wiederverwendbar sein. Geplant ist außerdem eine Webplattform, die Anwendungsfälle, Softwarekomponenten und Demonstratoren zusammenführt. Die Ergebnisse sollen auch in das Test- und Beratungszentrum für Quantencomputing QUICS einfließen, an dem auch die GWDG beteiligt ist.

Energie-Anwendungsfälle als Testfall

Wie das in der Praxis aussieht, zeigt QUANDA im Anwendungsfeld „Quantum Machine Learning“: Anhand von drei konkreten Anwendungsfällen zur quantenbasierten Anomalie-Erkennung im Energiesektor wird die Software an realen Fragen erprobt. Ungewöhnliche Muster in Energiedaten können auf technische Fehler, Störungen oder mögliche Manipulationen hinweisen. Um sie zu erkennen, entwickeln und testen die Partner geeignete Datenaufbereitungsverfahren und Lernmodelle.

Weiterhin soll beispielsweise auch das sogenannte Circuit Cutting untersucht werden. Dabei werden komplexe Quantenprogramme in kleinere Teilprogramme zerlegt, die sich getrennt berechnen und deren Ergebnisse sich anschließend auf HPC-Systemen zusammenführen lassen. So lassen sich größere Probleme mit den begrenzten Ressourcen heutiger Quantencomputer berechnen.

Projektpartner

Sechs Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft sind an QUANDA beteiligt: die Technische Hochschule Deggendorf als Konsortialführer, die Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung mbH Göttin-gen (GWDG), die Leibniz Universität Hannover, QUDORA Technologies GmbH, UBT Future Energy Lab Wunsiedel GmbH und ZukunftsEnergie Nordostbayern GmbH (ZENOB).

Über die GWDG

Die Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung mbH Göttingen (GWDG) ist das Hochschulrechenzentrum der Georg-August-Universität Göttingen und ein Rechen- und IT-Kompetenzzentrum der Max-Planck-Gesellschaft. Sie betreibt leistungsfähige IT- und Hochleistungsrechen-Infrastrukturen und forscht unter anderem an neuen Methoden des wissenschaftlichen Rechnens und der Künstlichen Intelligenz. Mit ihrer Beteiligung an Projekten wie QUANDA unterstützt die GWDG die Entwicklung und Erprobung neuer Technologien für Wissenschaft und Wirtschaft.

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Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Christian Boehme
Stellvertretender Leiter der Arbeitsgruppe „Computing“
Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung mbH Göttingen
Burckhardtweg 4, 37077 Göttingen
Telefon: (0551) 39-30102
E-Mail: christian.boehme@gwdg.de