QuantumBasel, VINCI Energies und D-Wave arbeiten an der Forschung und Entwicklung einer Reihe von Quanten-Hybrid-Anwendungen.

QuantumBasel, der erste kommerzielle Quanten-Hub der Schweiz, der in den Innovationscampus uptownBasel eingebettet ist, launcht ein Quanten-Pilotprojekt mit dem globalen Systemintegrator VINCI Energies, einem Beschleuniger für den ökologischen und digitalen Wandel. Gemeinsam mit D-Wave als Technologiepartner werden QuantumBasel und VINCI Energies an der Forschung und Entwicklung einer Reihe von Quanten-Hybrid-Anwendungen arbeiten.

„Bauprojekte weisen eine Vielzahl von Herausforderungen bei Optimierungen auf, die zu Kostenüberschreitungen und Verzögerungen bei der Fertigstellung von Gebäuden führen können, sofern sie nicht adäquat angegangen werden“, sagt Dr. Alan Baratz, CEO von D-Wave. „Wir sind davon überzeugt,dass die heutigen Quanten-Hybrid-Technologien dazu beitragen können, diese rechenintensiven komplexen Probleme zu lösen, um die Effizienz zu steigern und Bauprozesse zu rationalisieren. Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit VINCI Energies und uptownBasel, um die Quantentechnologie in die Baubranche zubringen.“

Konzeption der HLK-Anlage

Eine der vielen Herausforderungen beim Bau eines Gebäudes ist die Planung des Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystems (HLK). Die Konzeption der HLK-Anlage umfasst mehrere Schritte, um den Nutzerkomfort zu maximieren, die Umweltbelastung zu minimieren und die Materialkosten zu senken. Einer der letzten davon ist die so genannte „Netzgenerierung“. Sie stellt sicher, dass alle HLK-Elemente korrekt angeschlossen sind und gleichzeitig die Anforderungen an Sicherheit und Nachhaltigkeit erfüllt werden. Während dieser Schritt von entscheidender Bedeutung ist, ist er mit Rückgriff auf herkömmliche Computer sehr teuer oder kann sogar unerschwinglich sein.

„Wir bei VINCI Energies planen und bauen Anlagen, die das tägliche Leben und die Mobilität aller Menschenverbessern, wobei wir stets auf Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit achten“, so Dr. Reinhard Schlemmer, Mitglied im Vorstand von VINCI Energies. „Wir sind davon überzeugt, dass die heutige Quantentechnologie eine Schlüsselrolle bei der Sicherstellung eines optimalen und effizienten Baus und Betriebs von Gebäuden spielen kann, und wir freuen uns darauf, die Quantenlösungen von D-Wave zur Unterstützung dieser Bemühungen einzusetzen.“

Netzgenerierung mittels Quantum-Computing-Ansatz

Um den Engpass traditioneller Computertechnik zu beseitigen, hat VINCI Energies im Rahmen seiner KI-Initiativen, die durch das VINCI-Innovationsprogramm LEONARD unterstützt werden, einen datengetriebenen Ansatz entwickelt. Dieser reduziert neben der Rechenzeit auch die anschließenden manuellen Anpassungen drastisch. Allerdings fällt die Netzgenerierung in die Kategorie eines Combinatorial-Optimization-Problems, die auf herkömmlichen Geräten wie CPUs oder GPUs nur sehr schlecht skalieren. Quantum-Computing-Ansätze haben das Potenzial, bestimmte Combinatorial-Optimization-Probleme effizienter zu lösen als rein konventionelle Ansätze. Aus diesem Grund hat VINCI Energies eine Zusammenarbeit mit uptownBasel und D-Wave begonnen, um zu untersuchen, ob/wann/wie sie die Qualität (kürzere Rechenzeit und geringere Kosten) der generierten HLK-Netzwerklösungen weiter verbessern können.

Dieser Quantum Proof of Concept von VINCI Energies – mit einem Zeitrahmen von etwa sechs Monaten – gliedert sich in zwei Phasen: zunächst die Problemformulierung, gefolgt von der Umsetzung und Erprobung. In der aktuellen ersten Phase wurde das Problem der Erzeugung von HLK-Netzen (ein wesentlicher Bestandteil des gesamten HLK-Designprozesses) in eine klar definierte Form gebracht, die die Hybridsysteme von D-Wave verstehen können. Dies erforderte mehrere Iterationen zwischen den HLK-Experten von VINCI Energies und den Quanten-Code-Entwicklern von D-Wave, um mehrfache repräsentative Modellformulierungen abzuleiten und zu untersuchen. Darüber hinaus hat das Team mehrere HLK-Datensätze aufbereitet und angepasst sowie maßgeschneiderte Modellevaluierungs- und Geschäfts-Metriken ausgewählt, um später die Qualität der abgeleiteten HLK-Netzwerklösungen zu optimieren und zu quantifizieren. VINCI Energies, uptownBasel und D-Wave haben mittlerweile einen Punkt erreicht, in dem sie über zwei Modellformulierungen verfügen, die zu Beginn der zweiten Phase für Experimente verwendet werden sollen.

Die Macht der Quanten demokratisieren

Nachdem ein klarer Anwendungsfall identifiziert worden war, beschloss VINCI Energies, die Möglichkeiten zu erkunden, die das Quantencomputing im Vergleich zum klassischen Computing bietet, und zu untersuchen, wie dies in Zukunft für andere Bereiche und Herausforderungen desUnternehmens skaliert werden könnte. QuantumBasel bot VINCI Energies nicht nur einen direkten und nahtlosen Zugang zur Quantentechnologie von D-Wave, sondern auch zu dessen Quantum-Community und -Netzwerk. Das trieb die interne Innovationskultur des Unternehmens weiter voran. Die Zusammenarbeit von VINCI Energies mit D-Wave und QuantumBasel veranschaulicht das Engagement des globalen Systemintegrators beim Eintritt in das Quantenzeitalter. Es ist eine gemeinsame Reise, die Wissenschaft und Industrie unter der Vision von QuantumBasel zusammenführt mit dem Ziel, die Macht der Quanten zu demokratisieren.

„D-Wave, VINCI Energies und uptownBasel haben die gemeinsame Vision, die Digitalisierung zum Wohle von Industrie und Gesellschaftvoranzutreiben“, so Damir Bogdan, CEO von uptownBasel Infinity Corp. „Diese Zusammenarbeit spiegelt den gemeinsamen Fokus auf die beschleunigte Einführung neuer Technologien – und insbesondere praktischer Quantencomputerlösungen – wider, um eine neue Ära des industriellen Bauwesens einzuleiten.“