Anwendung von Quantensimulationen in der Wasserstoffforschung - AQUAS

Abstract

Das Projekt AQUAS widmete sich der Anwendung von Quantencomputern in der Wasserstoffforschung. Der Schwerpunkt lag auf der Modellierung komplexer chemischer Prozesse, die bei der elektrochemischen Wasserspaltung durch aktuelle und zukünftige Quantencomputer ablaufen, sowie auf der Einschätzung der industriellen Aussichten solcher Simulationen. Es wurden mehrere multiskalige Einbettungsmethoden für elektronische Strukturen entwickelt, auf Modellsysteme angewendet und evaluiert, darunter einzelne Borophen-Schichten, ein vielversprechendes Elektrodenmaterial. Als vielversprechendste Ansätze für das Quantencomputing wurden mittelfeldintegrierte Variationsansätze sowie neuartige Methoden auf Basis der Spinsphysik identifiziert. Die Quantensimulationen basierten auf umfangreichen klassischen Studien und wurden durch datenzentrierte Methoden des maschinellen Lernens, darunter neuartige Ansätze des Quanten-Machine-Learning, ergänzt. Es wurden mehrere originelle Softwarepakete und Produktprototypen, darunter eine Cloud-Lösung, entwickelt und ausgiebig getestet. Die gewonnenen Erkenntnisse und technischen Kompetenzen bilden die Grundlage für die zukünftige Grundlagenforschung und Kommerzialisierung der Molekularsimulation mit Quantencomputern und tragen damit zu einer zukunftsweisenden Spitzentechnologie in Deutschland bei.