Carl Friedrich von Weizsäcker-Zentrum

Fachtagung 24 CFvWZ

Interdisziplinäre Fachtagung

Fast Forward Future

Chancen und Herausforderungen des hybriden Quantencomputings für eine optimierte Transformation hin zu regenerativen Wirtschaftsmodellen und Closed Circular Loops

1. + 2.10.2024 in Tübingen

Beiträge für "Fast Forward Future":

1. Zukunft durch nachhaltige Innovation

Prof. Dr. Klaus Mainzer

2. Aktuelle Lösungen des hybriden Quantencomputings

  • Basiswissen QC/"Der Hype" und was dran ist
  • Crashkurs Anwendungen von QC (Optimierung, Maschinelles Lernen, Simulation)
  • Quantenvorteil und Quantennützlichkeit (=quantum utility), oder: "Zurück auf den Boden der Tatsachen"
  • Forschungsprojekt QuaST - Quantencomputing nutzbar machen (Vision, Partner, Ergebnisse)
  • Perspektive auf die aktuelle Forschungslandschaft im Bereich QC

Benedikt Poggel, Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS, München 

3. Automatisiertes Quantum Machine Learning – QML für jederfrau?

Florian Knäble, Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO), Stuttgart

4. Wo sind Stellschrauben auf dem Weg zur Quantum Readiness?

Felix Bickert, Center for Responsible Research and Innovation (CeRRI)
Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO), Berlin

5. KI-Leuchttürme für Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen

Bundesumweltministerium für Umwelt und Klimaschutz
Johannes Buchner, Referent für Data Engineering, Data Science und Machine Learning am Z-U-G:
Zukunft – Umwelt – Gesellschaft gGmbH, Berlin –
Fachgebiet Nachhaltige Digitalisierung und KI

6. Deep Tech Use Cases für die Circular Economy: Building Information Modelling (BIM) für die Infrastruktur - ungelöste Fragen und Probleme

Michael Falk Müller, Head of BIM Infrastruktur Berlin, Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft mbH &
Anna Hoffmann, Transformations- und Zukunftsstrategie

7. Ergebnisse der Cradle to Cradle-Modellregion Nordost-Niedersachsen

Bundesministerium für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen in Zusammenarbeit mit dem Bundesinstitut für Bau -, Stadt -und Raumforschung
Paul Musenbrock, Leuphana Universität, Lehrstuhl Prof. Braungart, Lüneburg

8. Hindernisse auf dem Weg zu Closed Loops in der Circular Economy

Aron Handreke, Geschäftsführer ContainerGrid, München
ContainerGrid bietet eine umfassende digitale Rücknahmeplattform, die den Zugang zu Recyclingmaterialien in industriellen Maßstab sicherstellen soll. Sie erleichtert die Aggregation von Materialflüssen, automatisiert Prozesse für verbesserte Skalierbarkeit und Effizienz und bietet mit der Rückverfolgbarkeit der Recyclingmaterialien über die gesamte Lieferkette hinweg Transparenz.

9. Innovationen in der Erdbeobachtung: „Haystack: Asset Location trough holistic data approach“ (auf Deutsch)

Matthias Sammer, GeoVille, Innsbruck
Satellite-based geo-information solutions

10. Vortrainierte ML-Modelle für die Erdbeobachtung – Transfer Learning and Meta-Learning

Jan Macdonald, dida Datenschmiede, Berlin
Individuelle Machine-Learning-Software für die Prozessautomatisierung

11. Auf dem Weg zur Circular Economy nach der DKWS: Warum die 9-R Strategien nicht reichen

Anna Hoffmann, Transformations- und Zukunftsstrategie, Berlin & Hamburg

Wir wollen mit der Fachtagung „Fast Forward Future“ die Potentiale und nachhaltigen Optionen zur Lösung von komplex-dynamische Problemstellungen durch hybrides Quantencomputing im Kontext der Transformation zur Kreislaufwirtschaft beleuchten.

Gemeinsam durchdenken wir Szenarien der zirkulären Transformation, die durch die im Entstehen begriffenen Innovationen im Quantencomputing in einem Zeithorizont von 5 Jahren wahrscheinlich gelöst werden könnten. Dabei behalten wir auch mögliche überhöhte Erwartungen oder eventuelle Risiken für die Gesellschaft im Blick.

Die Grundlage für die Diskussion sind die aktuellen Entwicklungen im Quantencomputing der neuen Generation sowie die Erfahrungen von Akteuren, die bereits KI-Lösungen für die Kreislaufwirtschaft entwickelt haben oder als Orchestratoren für die Etablierung von Kreislaufwirtschaft-Ökosystemen mit geschlossenen Stoffströmen (Closed Loops) wirken.

Zusammen wollen wir ein realistisches Bild einer potentiellen zirkulären Zukunft zeigen, die durch hybrides Quantencomputing der neuen Generation mitermöglicht wird und damit weiteren Akteuren in Deep Tech und der Kreislaufwirtschaft Inspiration bieten und Mut macht.

Interdisziplinäre Vernetzung und der offene Austausch zu Herausforderungen und gemeinsamen Chancen und Zielen stehen thematische im Mittelpunkt von „Fast Forward Future“.

Die Fachtagung strebt deshalb die Teilnahme von Akteuren aus drei Säulen an:

  • Forschende und Praktiker aus dem Fachgebiet des Quantencomputing
  • Start-Ups und Wissenschaftler, die bereits Machine Learning Verfahren für die Kreislaufwirtschaft entwickelt haben und an den Optionen von Quantencomputing interessiert sind
  • Netzwerker:innen, die sich für die Bildung von Closed Circular Loops in einer regenerativen Ökonomie einsetzen und sich Quantencomputing als wichtiges Werkzeug für dieses Ziel vorstellen können

Die Teilnehmenden sollen in Inputs von 20 – 30 Minuten ihr aktuelles Arbeitsfeld vorstellen können, damit für alle Beteiligten ein gemeinsamer Denkraum entstehen kann.

Bezug zur Nationalen Kreislaufwirtschaftsstrategie

Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) hat am 18.6.24 den Entwurf zu einer Nationalen Kreislaufwirtschaftsstrategie (NKWS) vorgelegt, der am 4. Juli mit vielen Vertretern aus Wirtschaft, Zivilgesellschaft und Wissenschaft diskutiert wurde.[1]  Als Ziele der zirkulären Transformation werden die Absenkung des Primärrohstoffverbrauches, das Schließen der Stoffkreisläufe (Closed Loops), die Erhöhung der Rohstoffversorgungssicherheit und der Rohstoffsouveränität sowie die Reduktion des Abfallaufkommens genannt.[2]

Die Chancen für die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands liegen gemäß dem Entwurf zur Nationalen Kreislaufwirtschaftsstrategie in neuen Formen des Wertschöpfung, der Eröffnung neuer Geschäftsfelder und zukunftssicheren Arbeitsplätzen. Damit verbunden ist die Erwartung, „die Treibhausgasemissionen bis zum Jahr 2050 um ca. 30 bis 50 Prozent zu reduzieren“ zu können[3].
 [1] https://www.bmuv.de/meldung/entwurf-der-nationalen-kreislaufwirtschaftsstrategie-vorgelegt

[2] https://www.bmuv.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Abfallwirtschaft/nkws_entwurf_bf.pdf, S. 3 u.4

[3] https://www.bmuv.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Abfallwirtschaft/nkws_entwurf_bf.pdf, S. 2

Eine der wesentlichen Herausforderungen auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft liegt in veränderten Produktionsbedingungen, was ein Re-Design vieler betrieblicher Prozesse erforderlich macht. Da diese Prozesse in einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft mit geschlossenen Loops zudem in vielen Dimensionen miteinander verknüpft sind, wird die zirkuläre Transformation auch im Feld der Echtzeitverarbeitung von dynamischen und volatilen Informationen neue Anforderungen mit sich bringen.

Quantencomputing bietet im Sektor der Echtzeitverarbeitung von hochdimensionalen Daten bei dynamischen und komplexen Umgebungsbedingungen viele Potentiale und denkbare Einsatzmöglichkeiten, die aber bislang noch wenig im Zusammenhang von Kreislaufwirtschaftsstrategien und Circular Economy Ecosystems durchdacht wurden.

Deep Tech als Treiber der Kreislaufwirtschaft

Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz:

"Digitale Technologien sind ein zentraler Erfolgsfaktor für den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft. Sie erhöhen die Transparenz, verbessern die Steuerung und erlauben neue Formen der unternehmensübergreifenden Zusammenarbeit. Physische Stoffströme müssen in einer Kreislaufwirtschaft durch digitale Datenströme abgebildet werden."

[1]https://www.bmuv.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Abfallwirtschaft/nkws_entwurf_bf.pdf, S. 5

Quantencomputer auf der Basis von Stickstoff-Fehlstellen-Zentren im Diamantgitter (NV-Center) können bei Raumtemperatur benutzt werden und ihr Einsatz ist auch in mobilen Endgeräten oder in Satelliten denkbar – eine neue Vorstellung im Vergleich zu den Herausforderungen beim Einsatz der bekannten Superconducter Quantencomputer, die eine geschützte und tiefgekühlte Umgebung benötigen und nur über die Cloud zugänglich sind.

Ionenfallen-Quantencomputersystem (Trapped-Ions) bieten eine hohe Genauigkeit in der Nutzung von Qubits. Die bis Dezember 23 vorgestellten Ergebnisse machen Ionenfallen-Quantencomputersystem zu einer der vielversprechendsten Architekturen für einen skalierbaren, universellen Quantencomputer.
Zudem ist Green Computing auf Quantencomputerm kein Zukunftsversprechen, sondern inhärenter Bestandteil der Technologie: Da die Ergebnisse nicht berechnet, sondern nur gemessen werden, wird nur sehr wenig Energie verbraucht und keine Hitze erzeugt.

Fast Forward Future - Fachtagung

1. + 2. 10.2024, CRvWZ Tübingen

Die Fachtagung „Fast Forward Future“ möchte deshalb in einer interdisziplinären Fachgruppe beleuchten:

  • Welche realistischen Potentiale weist der aktuelle Stand des hybriden Quantencomputing für die Umsetzung der NKWS auf? Welche Hindernisse gibt es?
  • Welche greifbaren Entwicklungen im Quantencomputing können dazu beitragen, die ehrgeizigen Ziele in der NKWS für den Zeithorizont bis 2030 zu realisieren, etwa das Recycling der strategischen Rohstoffe auf eine Quote von 25% anzuheben?
  • Welche Herausforderungen oder Risiken sind zu beachten? Welche Lessons Learned zeigen sich aus den Erfahrungen im Einsatz von KI & Kreislaufwirtschaft oder dem bisherigen Bemühen zu geschlossenen Kreisläufen?

Die gemeinsamen Antworten sollen in einem Fachbeitrag und in Podcasts veröffentlicht werden.

Chairs: Prof. Dr. Klaus Mainzer, Prof. Dr. Reinhard Kahle, Anna Hoffmann

Vollständige Tagungsbeschreibung

Vorläufiges Programm

Bei Interesse an der Tagung bitte hier melden: reinhard.kahle@uni-tuebingen.de

Fast Forward Future
Ergänzende Links, Videos und Blogbeiträge


Carl Friedrich von Weizsäcker-Kolloquium vom 11. Juli 2024: "Machine Learning meets Quantum Mechanics" mit Prof. Dr. Roberto Giuntini, University of Cagliari und Technical University of Munich
Aufzeichnung des Talks "Machine Learning meets Quantum Mechanics"

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DLR Quanten Demonstrator: Am 30. Mai 2024 wurde der erste komplett in Deutschland entwickelte Demonstrator eines Ionenfallen-Quantencomputers in Hamburg in Anwesenheit von Bundeskanzler Olaf Scholz in Betrieb genommen. Ausschnitt aus dem NDR Fernsehen.
Start für Hamburgs ersten Quantencomputer

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Als zentrales Ergebnis des Verbundforschungsprojekts »SEQUOIA« haben das Fraunhofer IAO und weitere Forschungspartner die Studie »Quantencomputing in der industriellen Applikation« veröffentlicht. Sie bietet einen weitreichenden Überblick und zeigt aktuelle Hard- und Softwarerealisierungen inklusive der gängigsten Algorithmen und industrieller Fallstudien (Februar 2023).
Quantencomputing in der industriellen Applikation

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Paper "Towards-Requirements-Engineering-for-Quantum-Computing-Applications-in-Manufacturing" aus dem Projekt QUASIM (QC-Enhanced Service Ecosystem for Simulation in Manufacturing): "The major findings point to the need for QC knowledge and best practices for a successful requirements engineering process and elaborate on the main differences between QC application- and software application requirements."
Requirements Engineering for Quantum Computing Applications

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Blogbeitrag "Leicht zugängliches und robustes Quantencomputing" von Dr. Jeanette Miriam Lorenz aus dem Projekt QuaST (Quantum-enabling Services und Tools für industrielle Anwendungen)
Leicht zugängliches und robustes Quantencomputing

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Paper "Quantum-Assisted Solution Paths for the Capacitated Vehicle Routing Problem" aus dem Projekt QuaST (Quantum-enabling Services und Tools für industrielle Anwendungen): "Our work outlines the obstacles to quantum-assisted solutions for real-world optimization problems and proposes perspectives on how to overcome them."
Quantum-Assisted Solution Paths for the Capacitated Vehicle Routing Problem

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Blogbeitrag "Digitale Produktdaten und KI als Schlüsseltechnologie für die Kreislaufwirtschaft" von Dr. Johannes Buchner und Dr. Thorsten Kluß von der ZUG. Die ZUG (Zukunft, Umwelt, Gesellschaft) ist eine Bundesgesellschaft und spezialisierte Projektträgerin für alle Themen rund um den Schutz von Umwelt, Natur und Klima.
Digitale Produktdaten und KI als Schlüsseltechnologie für die Kreislaufwirtschaft
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Blogbeitrag der Cradle2Cradle NGO Berlin: "RESSOURCE FÜR KREISLÄUFE STATT MÜLL FÜR DIE EWIGKEIT: KUNSTSTOFF NACH CRADLE TO CRADLE" zum C2C-Event am 24. Juni in Berlin
RESSOURCE FÜR KREISLÄUFE STATT MÜLL FÜR DIE EWIGKEIT: KUNSTSTOFF NACH CRADLE TO CRADLE

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Magazinbeitrag des DIN-Instituts 1/2024: "Von Quantencomputern und Sensoren. Ein Quantensprung in die Zukunft: Forschungs- und Anwendungsbereiche"
Ein Quantensprung in die Zukunft: Forschungs- und Anwendungsbereiche

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Livevortrag von Prof. Thorsten Koch auf der KI-Konferenz "prompting culture" im Rahmen der re:publica 24
Prof. Dr. Thorsten Koch ist Professor für Software und Algorithmen der diskreten Optimierung an der TU-Berlin und Leiter der Abteilungen Angewandte Methoden der Algorithmischen Intelligenz und Digitale Daten und Informationen für Gesellschaft, Wissenschaft und Kultur am Zuse-Institut Berlin (ZIB). Er und sein Team erforschen Hochleistungsmethoden zur Lösung großer strukturierter Optimierungsprobleme und ihrer Anwendung in der Praxis. Hier spricht er im Schnelldurchgang über die Zukunft und die Hintergründe von Generativer KI.
Vortrag von Thorsten Koch auf der re:publica 24

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Livevortrag von Prof. Klaus Mainzer "Zukunft durch nachhaltige Innovation – Im Wettkampf der Systeme"
Klaus Mainzer • Zukunft durch nachhaltige Innovation – Im Wettkampf der Systeme

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