FullStaQD: Full Stack Quantencomputing für Deutschland

Quantencomputer gehören zu den vielversprechenden Technologien des 21. Jahrhunderts. Der Wettlauf um diese künftige Schlüsseltechnologie und eine nachhaltige Positionierung in diesem Deep Tech Feld, gewinnen zunehmend an Bedeutung – nicht zuletzt auch vor dem Spannungsfeld geopolitischer Entwicklungen. Um in diesem Bereich Konkurrenzfähigkeit herzustellen und die deutsche und europäische Souveränität zu sichern, bedarf es umfassender und souveräner Quantencomputing-Infrastrukturen in Deutschland.

Eine der zentralen Herausforderungen besteht darin, bestehendes Wissen über die verschiedenen Schichten des Quantencomputing Software Stacks in ein durchgängiges, kommunizierbares Framework zu überführen. Darüber hinaus muss die Schnittstellenthematik prioritär bearbeitet und Quasi-Standardisierungen entwickelt werden. Der Quantencomputing Software Stack umfasst die geschichtete Struktur aller Komponenten, die zur Entwicklung, zum Betrieb und zum sinnvollen Einsatz von Quantencomputern nötig sind – von der Hardware bis zur Anwendung, von der Forschung bis zur Industrie.

Das Leitprojekt FullStaQD baut auf dem QCNext Innovationskonzept auf.
Das Vorhaben schafft zunächst eine Referenzarchitektur auf Meta-Ebene als übergeordneter Integrationsrahmen und verknüpft bestehende Lösungen aus den verschiedenen Layer des Quantencomputing Software Stacks zu einer ganzheitlichen Infrastruktur. Technische Lücken werden durch neu entwickelte Komponenten geschlossen.

Auf Basis dieses integrierenden Rahmens einer belastbaren Referenzarchitektur können dann für verschiedene konkrete Anwendungen jeweils spezifische End-to-End Quantencomputing Software Stacks instanziiert und validiert werden. 

1. Definition der Referenzarchitektur inkl. Schnittstellenspezifikationen
2. Anforderungen und Ausgestaltung der Layer:
   • Application Layer
   • System Layer
   • Physical Layer
   • Cross-Layer Concerns
3. Test der Software Stack Instanzen (Proof-of-Concepts): Validierung von spezifischen Stack-Instanziierungen und deren Komponenten durch praktische Anwendungsfälle

Mit dem Leitprojekt FullStaQD wird eine Quantencomputing-Software-Infrastruktur aufgebaut, die gleichberechtigt neben der Hardware steht. Unter Berücksichtigung der Kompatibilität und Interoperabilität verschiedener Komponenten untereinander wird so ein ganzheitlicher Quantencomputing Software Stack, ein »Full Stack« entwickelt. 

Damit realisiert das Projekt einen wichtigen nächsten Schritt hin zum Einsatz von Quantencomputing in der deutschen Industrie. Zudem kann es so gelingen, die breite Landschaft des Quantencomputings in Deutschland zu adressieren und additiv besser abzudecken, als dies bislang mit unverbunden und unverbindlich nebeneinanderstehenden Lösungen der Fall ist.