Durchgängige Entwicklung von Quantensoftware mit Stakeholder-spezifischen Sichten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Mauerer; Professorin Dr.-Ing. Ina Schaefer
• Fachliche Zuordnung: Softwaretechnik und Programmiersprachen ; Hardwaresysteme und -architekturen für die Informationstechnik und die Künstliche Intelligenz, Quantentechnische Systeme ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563122858

Anwendungsfälle des Quantencomputings stützen sich auf verschiedene Formen von Modellabstraktionen, um ein rechnenintensives Problem zu beschreiben und - durch geeignete Transformationen, die relevante Eigenschaften erhalten - eine Rechenaufgabe für digitale oder analoge Quantencomputer abzuleiten. Solche unterschiedlichen Rechenmodelle sind im Vorhinein durch Abstraktionen zu berücksichtigen, da es plausibel ist, dass unterschiedliche Rechenmodelle je nach Rechenaufgabe unterschiedliche Vorteile bieten. Während die Hardware für Quantencomputer in den letzten Jahren erheblich verbessert wurde, wird die Software noch immer mit Mitteln entwickelt, die hinter dem aktuellen Stand der Softwaretechnik zurückliegen. Wir sehen einen Mangel an geeigneten Modellierungsformalismen, die verschiedene nützliche Abstraktionsebenen und Ausdrucksmöglichkeiten bieten. Um von einem domänenspezifischen Problem zu einer Folge von ausführbaren Rechenschritten zu gelangen, fehlen wohldefinierte Transformationen mit bekannten Garantien zwischen verschiedenen Modellabstraktionen. Um sicherzustellen, dass die Modelle verstanden und interpretiert werden können, fehlt es an geeigneten Darstellungen dieser Modelle, die den Bedürfnissen der verschiedenen Interessengruppen von der Grundlagenphysik bis zu angewandten Ingenieurwissenschaften angepasst sind. Wir werden diese Lücke schließen, indem wir die in der klassischen Informatik erfolgreich angewandte Modell- und Sichten-basierte Entwicklung systematisch auf das Quantencomputing anwenden. Wir werden diese Konzepte für digitales und analoges Quantencomputing in einem interdisziplinären und bereichsübergreifenden Ansatz untersuchen und eine durchgängige (modellbasierte) Entwicklungsmethodik für Quantensoftware mit akteursspezifischen Sichten entwickeln.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2514: Quantum Software, Algorithmen und Systeme - Konzepte, Methoden und Werkzeuge für den Quanten-Softwarestack