Das Vorhaben zielt darauf ab, realistische Potenziale von Quantencomputing zur Steigerung von Effizienz, Nachhaltigkeit und Akzeptanz in der Luftfahrt zu ermitteln, die prinzipielle Machbarkeit durch einen Proof of Concept nachzuweisen und eine Roadmap für Quantencomputing in der Luftfahrt zu erstellen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Lösung von komplexen luftfahrtspezifischen Optimierungsproblemen, z. B. aus den Bereichen Arrival Management, Ground Operations oder Uncertainty Management. Je nach Problemfeld werden die im Projekt entwickelten Quantenalgorithmen im Hinblick auf die zu erwartenden Optimierungspotenziale (z. B. eingesparte Meilen oder reduzierte Verspätungsminuten) für realitätsnahe Modellsituationen analysiert und Aussagen zur Skalierbarkeit von Problemen in Abhängigkeit von der zukünftig zur Verfügung stehenden Quantenhardware formuliert.
Das Projekt bringt Expertise aus den Bereichen Luftverkehrsführung, mathematische Optimierung und Quantencomputing zusammen und wird von Beginn an durch die assoziierten Partner aus der Luftfahrtindustrie mit fundierten Einschätzungen und praxisrelevanten Daten unterstützt. Die gemeinsame Arbeit gliedert sich in 3 Phasen: Zunächst erfolgt ein enger multidisziplinärer Austausch zwischen den Projektpartnern und der Luftfahrtindustrie zur systematischen Ermittlung von luftfahrtspezifischen Problemklassen und deren Potenzial für Quantencomputing. Ziel ist es, die gefundenen Problemklassen auf die bisher bekannten Quantenalgorithmen abzubilden. In der zweiten Phase werden geeignete quantenbasierte Lösungsverfahren für die vielversprechendsten Anwendungen entwickelt. Dafür werden die besten bisher bekannten konventionellen Optimierungsverfahren auf ihre Engpässe hin analysiert (Bottleneck-Analyse) und versucht, diese durch den Einsatz von geeigneten Quantenalgorithmen zu entschärfen. Darauf aufbauend erfolgt eine belastbare Analyse hinsichtlich der zu erwartenden Leistungsfähigkeit, Skalierbarkeit und der Potenziale für die angestrebte Steigerung von Effizienz, Nachhaltigkeit und Akzeptanz in der Luftfahrt. In der finalen Phase des Projekts wird eine geeignete Anwendung für Quantencomputing ausgewählt und ein quantenbasiertes Lösungsverfahren zur Demonstration der Machbarkeit prototypisch umgesetzt. Je nach Komplexität der Anwendung und der in dieser Projektphase zur Verfügung stehenden Quantenhardware erfolgt die Demonstration entweder auf realer Quantenhardware oder durch geeignete Simulation und Hochrechnung. Das umgesetzte Lösungsverfahren wird abschließend analysiert und belastbare Aussagen zur Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit des Verfahrens formuliert. Die im Projekt erzielten Ergebnisse fließen in eine Roadmap zum Einsatz von Quantencomputing für eine effizientere und klimafreundliche Luftfahrt (QC-Roadmap).
Beteiligte Forschungseinrichtungen sind seitens der TU Braunschweig das
Institut für Flugführung - Arbeitsgruppe von Dr.-Ing. Thomas Feuerle
Institut für Mathematische Optimierung - Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Sebastian Stiller
und seitens der Leibniz Universität Hannover das
Institut für Theoretische Physik - Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Tobias J. Osborne
Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.
Projektträger ist das DLR Projektträger Luftfahrtforschung.
Koordinator: Sven Bollmann - Institut für Flugführung, s.bollmann(at)tu-braunschweig.de