Höhere Präzision in der Fertigung dank Quantencomputern: Projekt QUASIM demonstriert Anwendungsfall

© Projekt QUASIM

Potenzielle Einsatzgebiete für Quantencomputer sind zahlreich: Logistik, Materialforschung und der Finanzsektor beispielsweise gelten als besonders vielversprechend. Für Endanwender ist es jedoch nach wie vor schwierig abzuschätzen, wie und wo sie Quantencomputing konkret einsetzen können. Dem Projekt QUASIM ist es nun gelungen, einen spezifischen Anwendungsfall für industrielle Anwender aufzubereiten und als benutzerfreundlichen Prototypen zu präsentieren.

Das Konsortium, bestehend aus dem DFKI, dem Forschungszentrum Jülich, dem Fraunhofer IPT, ModuleWorks und TRUMPF Werkzeugmaschinen, entwickelt Quantenalgorithmen zur Optimierung industrieller Anwendungen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Verbesserung von Fertigungsprozessen. Durch den Einsatz von Quantencomputern können hochkomplexe Simulationen in der Materialbearbeitung durchgeführt werden, die wesentlich genauer und schneller sein können als bisherige Methoden. Dies kann zu erheblichen Einsparungen bei Ressourcen und Kosten führen und gleichzeitig die Qualität der Endprodukte verbessern. Ein zentraler Anwendungsfall des Projekts ist die Simulation von Metallschnitten mittels Laser, ein häufiger Prozess in der deutschen metallverarbeitenden Industrie. In einem dreiminütigen Video präsentiert das Konsortium detailliert die Ansätze und Erfolge des Projekts und veranschaulicht die praktische Anwendung von Quantencomputing in der modernen Fertigungsindustrie.

Der Schwerpunkt liegt auf der Vorhersage der thermischen Ausdehnung während des Laserschneidens, welche zu Verkantungen von Werkstücken und somit zu kostspieligen Maschinenstillständen führen kann. Dem Konsortium ist es gelungen, diesen Prozess digital abzubilden und durch die Kombination von Quantencomputing und maschinellem Lernen, insbesondere Graph Neural Networks, die Laserschneidprozesse zu simulieren und zu optimieren. Dies soll zukünftigen Anwendern die Wahl der optimalen Parameter zur Herstellung des Werkstücks ermöglichen und somit Ausschuss und Fehler verringern.

Um die Anwendung in der Industrie zu erleichtern, soll der Service in einem nutzerfreundlichen Tool angeboten werden. Dabei sind keine Kenntnisse in Quantencomputing erforderlich, um das Tool nutzen zu können. Dies soll sowohl kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) als auch Großunternehmen helfen, die Effizienz und Genauigkeit ihrer Laserschneidsimulationen und entsprechenden Fertigungsprozesse zu verbessern. Das Projekt adressiert somit zwei zentrale Herausforderungen: die enorme Rechenzeit und -leistung, die bei herkömmlichen Computern für solche Simulationen benötigt wird, und den Fachkräftemangel.

Projekte wie QUASIM zeigen bereits heute das enorme Potenzial des Quantencomputing. Durch die enge Zusammenarbeit der Expertinnen und Experten aus Wissenschaft und Industrie leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Aufbereitung dieser zukunftsweisenden Technologie für die Wirtschaft.

Hier geht es zum Video.