In der Forschung zur Quantenchemie wird ein bedeutender Fortschritt vermeldet. Ein interdisziplinäres Team an der Universität Heidelberg arbeitet an einem innovativen Projekt, das Künstliche Intelligenz zur Vorhersage der kinetischen Energie molekularer Quantensysteme nutzt. Die Kinetische Energie, in der klassischen Physik als Masse mal Geschwindigkeit zum Quadrat definiert, wird auf molekularer Ebene viel komplexer, was die Berechnung erschwert.
Das Projekt mit dem Titel „Quantenchemie ohne Wellenfunktion“ zielt darauf ab, diese Berechnungen ohne die teuren und komplexen Wellenfunktionen durchzuführen. Angeführt von Prof. Fred Hamprecht, Prof. Andreas Dreuw und Prof. Maurits W. Haverkort, will das Team die Gesamtenergie eines Moleküls aus der Elektronendichte ableiten, die eine wesentliche Rolle für die Bestimmung der kinetischen Energie spielt.
Die Rolle der Künstlichen Intelligenz
Die Anwendung von Künstlicher Intelligenz verspricht es, die Untersuchung komplexer molekularer Systeme erheblich zu verbessern. Hamprecht betont die Relevanz von KI-gestützten Verfahren für die Naturwissenschaften, insbesondere zur Erforschung der Quantenchemie. Auch Dreuw sieht ein großes Potenzial in modernen computergestützten Methoden zur Bewältigung chemischer und physikalischer Fragestellungen.
In der gleichen Richtung zeigt das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) in seinem Projekt KID-QC2 die Stärke der digitalen Technologien in der Quantenchemie auf. Hier wird KI verwendet, um das Design von Quantenschaltkreisen für quantenchemische Berechnungen zu automatisieren und zu optimieren. Diese Anstrengungen adressieren die Grenzen klassischer Rechenmethoden, die oft ineffizient sind, wenn es um komplexe molekulare Systeme geht.
Insbesondere Quantencomputer könnten eine Revolution in der Computation herbeiführen. Sie versprechen nicht nur schnellere, sondern auch genauere Ergebnisse für die Simulation von Molekülreaktionen. Dr. Daniel Scherer vom Fraunhofer IIS hebt hervor, wie wichtig die Zusammenarbeit zwischen seinem Institut und der Universität Augsburg für die Entwicklung dieser KI-gestützten Werkzeuge ist.
Aktuelle Entwicklungen und finanzielle Unterstützung
Die Herausforderungen für Quantencomputer sind jedoch weiterhin erheblich. Derzeitige Systeme leiden unter Limitierungen wie einer begrenzten Anzahl von Qubits und fehleranfälligen Quantenoperationen. Aber das KID-QC2-Projekt, das mit 1,03 Millionen Euro vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie gefördert wird und bis Ende 2026 läuft, zeigt das immense Potenzial und die Fortschritte, die in diesem Bereich erzielt werden können.
Mit der Kombination aus KI-Methoden und der Expertise in Quantenalgorithmik an der Universität Augsburg soll ein neuer Weg geebnet werden, der die Quantenchemie in eine neue Ära führt. Während die Forschung voranschreitet, bleibt die Hoffnung auf Anwendungen, die weit über das hinausgehen, was derzeit technologisch möglich ist.