Interdisziplinäres Team der Universität Stuttgart gewinnt internationalen Quantenpreis

Ein interdisziplinäres Team des Instituts für Technische Informatik und des Instituts für Funktionale Materie und Quantentechnologien der Universität Stuttgart hat den erstmalig vergebenen IBM Quantum Open Science Prize gewonnen. Die Gruppe konnte eine der beiden gestellten Quantenherausforderungen lösen – in diesem Fall ein spezielles Problem mit aktuellen Quantencomputern. Gewonnen haben insgesamt vier Teams, die sich den mit 50.000 US-Dollar dotierten Preis teilen. Möglich wurde dieser Erfolg durch die gemeinsamen Anstrengungen von Forschenden aus den Bereichen Informatik und Quantenphysik.

Das gewinnende Team aus Stuttgart besteht aus dem Doktoranden Sebastian Brandhofer am Institut für Technische Informatik unter Leitung von Prof. Ilia Polian sowie dem Postdoc Dr. Daniel Bhatti und der Masterstudentin Jelena Mackeprang in der Arbeitsgruppe von Prof. Stefanie Barz am Institut für Funktionale Materie und Quantentechnologien der Universität Stuttgart. Die erfolgreich angegangene Herausforderung bestand darin, Fehler zu reduzieren und damit eine bestimmte Quantencomputing-Aufgabe zu verbessern und so dazu beizutragen, dass Quantenalgorithmen in naher Zukunft zuverlässiger werden.

„Es ist großartig zu sehen, wie das Team Expertise aus verschiedenen Bereichen kombiniert hat, um die Quantenherausforderung zu bewältigen”, sagt Prof. Barz. „Die beiden Institute arbeiten schon seit mehreren Jahren zusammen, angefangen mit einem Projekt, das vom Centre for Integrated Quantum Science and Technology gefördert wurde”, so Polian weiter. Die beiden Forschungsgruppen setzen die Kooperation nun in einem gemeinsamen Projekt fort, in dem sie das System One von IBM untersuchen, den leistungsfähigsten kommerziellen Quantencomputer Europas, der seit kurzem im Raum Stuttgart installiert ist. 

Quantencomputer versprechen entscheidende Verbesserungen in Bereichen wie der nachhaltigen Produktion, dem Design von Medikamenten oder der Materialwissenschaft, da sie schwierige Probleme aus diesen Bereichen grundlegend schneller lösen können als ihre klassischen Pendants. Das Haupthindernis für einen breiten Einsatz dieser Technologie ist die extreme Fragilität der ihr zugrunde liegenden Quantenzustände, die zu Fehlerraten führt, die für Berechnungen von relevanter Komplexität oft zu hoch sind. 

„Wir sind wirklich begeistert von unserem Beitrag zum Stand der Technik und der Anerkennung, die durch die Auszeichnung mit diesem Preis zum Ausdruck gebracht wird. Es war großartig, Methoden aus der Hardwaretechnik anzuwenden, um die Genauigkeit der Quantenberechnungsaufgabe zu verbessern“, sagt Brandhofer. „Der Schlüssel zum Erfolg war die Kombination von Wissen aus der Informatik mit der Quantenphysik“, betont Bhatti. „Ich wurde in die Lage versetzt, meine eigene Expertise in der Vorbereitung komplexer Quantenzustände mit Techniken aus der Informatik zu kombinieren, die für die Bewältigung der Herausforderung entscheidend waren.“ Mackeprang fügt hinzu: „Es war faszinierend zu sehen, wie sich theoretische Konzepte miteinander verbinden und zu immer mehr Verbesserungen an einem tatsächlichen Quantencomputer führen.“

Der Erfolg des Teams zeigt, dass Quantentechnologien, insbesondere das Quantencomputing, eine interdisziplinäre Aufgabe sind – die am besten in diversen Teams angegangen werden kann.

Das Stuttgarter Team teilt sich den Sieg drei anderen Gruppen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Harvard University, der University of Chicago sowie dem Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM), der Universität Montpellier, dem Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique (CERFACS) und dem Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Paris.