Die hohe Kunst des Quantencomputing

Mercedes-Benz veröffentlicht wegweisende Studie mit Forschungspartner Google zur Simulation chemischer Reaktionen.

In den vergangenen zwei Jahren hat Mercedes-Benz gemeinsam mit seinem Forschungspartner Google erfolgreich Quantencomputing-Technologie verfeinert, mit der sich chemische Reaktionen simulieren lassen. Damit soll die Entwicklung fortschrittlicher Batteriematerialien und -systeme für elektrische Fahrzeuge von Morgen beschleunigt werden.

Im jüngsten Experiment, das Teams beider Unternehmen gemeinsam durchführten, wurde Googles Sycamore-Prozessor benutzt, um komplexe chemische Reaktionen zu simulieren, die selbst Quantenrechnern der ersten Generation zu schaffen gemacht hätten. Dieser Meilenstein der Quantensimulation, um chemische Prozesse korrekt vorherzusagen, war dem renommierten Wissenschaftsjournal Science eine Titelgeschichte  wert.

Googles Rechner meisterte dabei die bislang umfangreichste chemische Simulation auf einem Quantencomputer. Dabei ging es darum, die Bindungsenergie langer Wasserstoffketten und so genannte Diazol-Iosimerisierungswege zu berechnen, also die Energieschwelle, ab der sich Diazene genannte Verbindungen molekular umbauen lassen.

„Simulationen dieser Größe waren bisher selbst für modernste Quantenrechner eine Herausforderung. Jetzt sind sie möglich geworden, da wir wirksame Verfahren zur Fehlerkorrektur entwickelt und sie für die quantenmechanische Simulation auf Sycamore optimiert haben“, sagt Eunseok Lee, Principal Scientist bei Mercedes-Benz Research & Development North America. MBRDNA mit Sitz im Silicon Valley pflegt eine Kollaboration mit IBM und Google, um ein besseres Verständnis des Quantencomputing zu entwickeln und praktische Anwendungsmöglichkeiten zu erforschen.

Google hatte bereits 2019 für Schlagzeilen gesorgt, als seine Wissenschaftler die „Quantenüberlegenheit“ verkündeten. Damit ist die Fähigkeit seines Sycamore-Prozessors gemeint, bestimmte Rechenoperationen um ein Vielfaches schneller auszuführen als ein klassischer Rechner. „Die neue Studie in Science geht über diese Errungenschaft noch hinaus“, so Lee. „Dass Sycamore für quantenchemische Simulationen von Molekülen mittlerer Länge eingesetzt werden kann, zeugt von handfestem technischen Fortschritt sowohl auf dem Gebiet der quantenchemischen Simulation als auch beim Quantencomputing generell.“

Dieser Durchbruch ist für einen Autohersteller wie Mercedes-Benz und seine Kunden gleichermaßen wichtig. „Es bringt eine ganze Reihe von Vorteilen, den Ablauf chemischer Reaktionen im Detail zu verstehen, indem wir sie auf einem Quantenrechner simulieren. Wir können darauf aufbauend Quanten-Algorithmen für größere Moleküle schreiben und sicherstellen, dass die Software mit Fortschritten auf der Handware-Seite Hand in Hand geht“, so Russell Seeman, Technischer Leiter des Innovation Management-Teams von MBRDNA. „Unterm Strich wird das die Entwicklung fortschrittlicher Batteriematerialien und -systeme für Elektrofahrzeuge von Morgen beschleunigen.“