Lamarr-Wissenschaftler gewinnen internationalen Quantum Hackathon

Lamarr Quantum Hackathon Team Germany - Lamarr Institute for Machine Learning (ML) and Artificial Intelligence (AI)

Es war ein Kopf-an-Kopf-Rennen. Am Ende entschied die Jury, dass sich die Teams aus Deutschland und Singapur den ersten Platz im internationalen Quantum Hackathon teilen. Angetreten waren zehn Teams, die jeweils eine reale Problemstellung aus einem gesellschaftlich oder wirtschaftlich relevanten Anwendungsszenario mit den Methoden des Quantum Computing lösen mussten. Sieger waren die Lamarr-Wissenschaftler Thore Gerlach und David Biesner, die Forscher Stelios Emmanouilidis und Lars Döpper vom Fraunhofer IAIS sowie Markus Kastner und Stefan Knipp von Thales SIX. Die Deutschen setzten sich im Finale gegen Teams aus Frankreich, Großbritannien und Kanada durch.

Organisiert haben den internationalen Quantum Hackathon der französische Technologiekonzern Thales und QuantX, eine Alumni-Organisation der École Polytechnique in Paris. Im Rahmen des Wettbewerbs sollte anhand von ausgewählten Anwendungsszenarien die Frage beantwortet werden, wie sich reale Probleme aus Gesellschaft und Wirtschaft schon heute mit Quantum Computing lösen lassen. Dazu brachte der Hackathon Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Universitäten und Forschungsinstituten mit Expertinnen und Experten für Quantentechnologien aus Unternehmen zusammen. Unterstützt wurde der Wettbewerb auch durch Hersteller von Quanten-Hardware.

Gewonnen hat das deutsche Team mit der Lösung eines praktischen Problems zum Chipdesign. Konkret ging es um die Optimierung von FPGA, kurz für Field Programmable Gate Array. FPGA sind elektronische Bauteile, die inzwischen in vielen Bereichen wie beispielsweise der Automobilindustrie, dem Maschinenbau und der Unterhaltungselektronik eingesetzt werden. Die Vorteile von FPGA im Vergleich zu herkömmlichen integrierten Schaltkreisen sind ein flexibler Einsatz und geringere Entwicklungskosten.

Diese Flexibilität resultiert aus der Möglichkeit, die physischen Elemente eines FPGA, die sogenannten Logic Blocks, mithilfe von hardwarespezifischen Programmiersprachen anzuordnen und miteinander zu verbinden. Um möglichst leistungsfähige FPGA herzustellen, müssen die Logic Blocks schon bei der Entwicklung optimal auf dem Chip platziert werden.

Diese komplexe Optimierungsaufgabe zum Chipdesign hat das deutsche Hackathon-Team mithilfe von Quantenalgorithmen gelöst. Quantenalgorithmen sind für den Einsatz auf Quantencomputern oder deren Simulation geeignet und nutzen Effekte der Quantenphysik. Solche Effekte wie beispielsweise die Überlagerung oder Verschränkung von Quantenzuständen erlauben es, bestimmte Probleme mit Quantencomputern schneller zu lösen als mit klassischen Rechnern. Die Kombination von Quantenverfahren und Maschinellem Lernen ist insbesondere für die effiziente Lösung von Optimierungsaufgaben geeignet.

Auch im Wettbewerb hat das Siegerteam Quantenalgorithmen erfolgreich eingesetzt, um für FPGA einzelne Elemente optimal zu platzieren und die Länge der Verbindungswege zwischen diesen zu minimieren. Getragen von diesem Erfolg werden die Quanten-Experten aus dem Lamarr-Institut und dem Fraunhofer IAIS nun weiter an ihren Themen forschen und dabei vor allem auch die praktische Anwendung und die Zusammenarbeit mit Unternehmen im Blick behalten. Denn die Entwicklungen der letzten Jahre und insbesondere auch die Ergebnisse des Hackathons haben gezeigt, dass sich Quantum Computing immer mehr von einem theoretischen Forschungskonzept hin zu einem Werkzeug zur Lösung von aktuellen Herausforderungen der realen Welt entwickelt.

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