Das Bild zeigt einen Laptop, an dem gerade etwas geschrieben wird.

Forschungsarbeit zeigt: Neue Möglichkeiten durch Quantensimulationen

Vera Winkler|26.07.2022
  • Quantensimulation ermöglicht es, die Komplexität der Datenverarbeitung gering zu halten, ohne Informationen zu verlieren.

  • Sie bietet zudem eine kostengünstigere Lösung zu Quantencomputer.


Heilbronn, Juli 2022. Ein Quantencomputer ist ein PC, der sich von dem Modell in unserem Arbeitszimmer, in einigen Punkten unterscheidet. So ist es einem Quantencomputer möglich, dass er nicht nur mit 0 und 1 rechnet, wie es die anderen Computer tun, sondern er kann auch auf die ganzen Zwischenstufen zurückgreifen. „Somit hat ein Quantencomputer gegenüber einem normalen Computer den Vorteil, dass er nicht nur schwarz und weiß darstellen kann, sondern auch alle Graustufen dazwischen“, erklärt Professor Javier Villalba-Diez, der sich dieser Forschung im Rahmen seiner zweiten Doktorarbeit im Bereich der angewandten Physik gewidmet hat. An der Hochschule Heilbronn (HHN) lehrt er an der Fakultät Management und Vertrieb am Campus Schwäbisch Hall.

Ein Quantencomputer ist sehr teuer, weshalb sich die Industrie diesen sich nicht so einfach leisten kann. Um dennoch die Vorteile eines Quantencomputers nutzen zu können, wird auf die sogenannte Quantensimulation zurückgegriffen. Diese sorgt dafür, dass die Komplexität an Informationen geringgehalten wird, ohne sie dabei zu verlieren. Denn je mehr Elemente in einem System wirken, desto schwieriger wird die Verarbeitung. Hierfür braucht es einen Ansatz, in diesem Fall einen mathematischen, der es erlaubt, diese Komplexität zu umgehen. Diese neuartige Simulation setzt genau an diesem Punkt an. „Die Anwendung zielt dabei unter anderem auf industrielle Prozesse ab, beispielweise bei der Herstellung von Medikamenten. Durchgeführt und eingesetzt werden kann die Simulation mit einem einfachen Desktop Rechner“, sagt Professor Villalba-Diez.

Quantum industry 4.0 Cyber Physical Systems

Die Abbildung zeigt einen zweidimensionalen soziotechnischen, mehrschichtigen Netzwerkrahmen vor, in dem die Ressourcen, aus denen das cyber-physische System besteht, als ein Netzwerk von Qubits oder, in ihrer einfachsten Konfiguration, durch Qubits modelliert sind.

Doch wie sieht die Simulation jetzt konkret aus? Man muss sich das wie folgt vorstellen: es werden hierarchische Stufen auf der technischen Ebene (vertikal) und der sozialen Ebene (horizontal) simuliert. Dadurch ist es möglich, Informationen von einer unteren Ebene auf eine Ebene weiter oben zu transportieren, ohne dass es komplexer wird. Die Komplexität der unteren Ebenen wird zusammengefasst zu einer Information auf der nächsthöheren Ebene. Das Ganze lässt sich einem Beispiel für die Industrie verdeutlichen, selbstverständlich ist gleiches auch auf der sozialen Ebene machbar. So gibt es auf der untersten Ebene eine Maschine, eins weiter oben dann ein Netzwerk von Maschinen. Daraus wird dann wiederum auf einer Ebene höher eine Fabrik und daraus wiederum ein Netzwerk von Fabriken. Den Ebenen sind somit rein technisch keine Grenzen gesetzt, außer natürlich innerhalb ihrer eigenen Existenz. Somit ist die Simulation von ganzen Supply-Chain-Netzwerken, also ganzer Lieferketten-Netzwerke erst einmal mit Quantensimulationen möglich. „Ein weiterer Vorteil ist, dass jede*r die Simulation durchführen kann, da ein open access besteht, also ein offener Zugang für alle“, erklärt Professor Villalba-Diez ergänzend. Das Fazit von Villalba-Diez: „Die Zukunft ist Quantum.“

Den Zugang zur kompletten Forschungsarbeit finden Sie unter: https://www.nature.com/articles/s41598-022-11691-x

Ansprechpartner

Hochschule Heilbronn – Kompetenz in Technik, Wirtschaft und Informatik

Mit ca. 8.000 Studierenden ist die Hochschule Heilbronn eine der größten Hochschulen für Angewandte Wissenschaften in Baden-Württemberg.
Ihr Kompetenz-Schwerpunkt liegt auf den Bereichen Technik, Wirtschaft und Informatik. An vier Standorten in Heilbronn, Heilbronn-Sontheim, Künzelsau und Schwäbisch Hall bietet die Hochschule mehr als 50 Bachelor- und Masterstudiengänge an. Die Hochschule pflegt enge Kooperationen mit Unternehmen aus der Region und ist dadurch in Lehre, Forschung und Praxis gut vernetzt.

Zeitungsstapel

Medieninformationen

    Hier finden Sie alle Pressemitteilungen des laufenden Jahres der Hochschule Heilbronn.

    Zum News
    Unterhaltung 3 Personen BC innen

    Aktuelles

      Die Forschungsprofessor*innen der HHN arbeiten interdisziplinär in den drei Forschungsschwerpunkten "Automotive & Mobility", "Digitale Lebenswelten & Gesundheit" und "Materials Processing & Engineering" zusammen. Aktuelles aus der Forschung lesen sie hier.

      Zum News

      Aktuelle Artikel

      Ein Spielzeugauto liegt auf einer aufgeblasenen Weltkugel
      Heilbronn gründet Klimaschutz- und Nachhaltigkeitsbeirat
      29.07.2022
      Das Bild zeigt einen Laptop, an dem gerade etwas geschrieben wird.
      Forschungsarbeit zeigt: Neue Möglichkeiten durch Quantensimulationen
      26.07.2022
      Ein Student hilft einer Studentin beim Aufsetzen einer VR-Brille.
      XR-Bildung hinkt Bedarf hinterher
      26.07.2022

      Logo des Audits familiengerechte Hochschule. Die HHN ist seit 2005 zertifiziert.
      Logo der weltoffenen Hochschulen gegen Fremdenfeindlichkeit
      Logo der Charta der Vielfalt mit Stempel unterzeichnet
      Logo der Hochschulföderation Süd-West (HfSW)