Neutral-Atom-Quantenprozessoren für Wettermodellierungen Wie wirkt sich der Klimawandel aus? BASF forscht mithilfe von Pasqal

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Der Chemiegigant BASF will die Technik von Pasqal, einem Herstellen von Quantenprozessoren auf der Basis neutraler Atome, um Wetter- und andere Strömungsberechnungen auszuführen. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt können eine Grundlage für künftige Erweiterungen der Pasqal-Methoden zur Unterstützung der Klimamodellierung bilden.

Nach Angaben von Hyperion Research entfallen 5 Prozent der weltweiten Investitionen in das Hochleistungsrechnen auf die Wettermodellierung. BASF nutzt die von den Wettermodellen generierten Parameter zur Simulation von Ernte-Erträgen und Wachstumsstadien sowie zur Vorhersage der Abdrift bei der Anwendung von Pflanzenschutzmitteln.

Sie bilden auch die Grundlage für das Digital-Farming-Produktportfolio der BASF, darunter „Xarvio Field Manager“, eine Plattform zur Optimierung des Pflanzenanbaus. Doch physikalisch basierte Wettermodelle sind sehr komplex, da sie Daten über Winde, Wärme-Übertragung, Sonneneinstrahlung, relative Luftfeuchtigkeit, Geländetopologie und viele andere Parameter enthalten. Die Wettervorhersage erfordert daher das Lösen komplexer Sätze nichtlinearer Differentialgleichungen.

BASF hat nun damit begonnen, zu untersuchen, wie die proprietären Quantenalgorithmen von Pasqal zur Vorhersage von Wettermustern eingesetzt werden könnten. Der Quantencomputing-Spezialist zielt darauf ab, die zugrundeliegenden komplexen nichtlinearen Differentialgleichungen auf eine neuartige und effizientere Art und Weise zu lösen, indem so genannte neuronale Quantennetze auf seinen Neutralatom-Quantenprozessoren implementiert werden.

Das klassische Äquivalent dieses Ansatzes sind physikalisch informierte neutrale Netze (PINN), die von führenden Wissenschaftlern und Technologieunternehmen bei der Wetter- und Klimamodellierung in großem Umfang eingesetzt werden. So hat Nvidia kürzlich seinen neuen KI-Supercomputer „Earth-2“ für Klimavorhersagen angekündigt, der PINNs nutzt.

John Manobianco, Senior Weather Modeler im Unternehmensbereich Agricultural Solutions der BASF, erläutert: „Die Quantenlösungen von Pasqal sind ideal für die Vereinfachung der komplexen Rechensimulationen der BASF,“ mit der Einschränkung: „sobald die Quantenhardware so weit ausgereift ist, dass wir diese Algorithmen tatsächlich nutzen können.“

Dennoch: „Die Nutzung der Pasqal-Innovation für die Wettermodellierung bestätigt die Fähigkeit des Quantencomputings, über das hinauszugehen, was mit klassischem Hochleistungscomputing erreicht werden kann. Eine solche transformative Technologie kann uns dabei helfen, uns auf die Auswirkungen des Klimawandels vorzubereiten und Fortschritte auf dem Weg in eine nachhaltigere Zukunft zu erzielen," ergänzt der Wetterforscher.

Georges-Olivier Reymond, CEO von Pasqal, fügte hinzu: „Der Klimawandel führt zu immer extremeren Wettermustern, so dass genaue und rechtzeitige Wettervorhersagen für Wirtschaft und Gesellschaft immer wichtiger werden. Die Zusammenarbeit mit einem wichtigen Akteur wie der BASF ist ein Schritt nach vorn, um zu lernen, wie Quantencomputing dabei helfen kann, die schlimmsten Auswirkungen des globalen Klimawandels zu überwachen und abzumildern.“

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