Quantenchemiker Werner Dobrautz wird DRESDEN-concept Research Group Leiter

Die DRESDEN-concept-Forschungsgruppen befassen sich mit innovativen Forschungsthemen und stützen sich auf die Expertise von zwei oder mehr Partnereinrichtungen der 2010 gegründeten Allianz. Bei der Planung meines nächsten Karriereschritts nach meiner zweiten Postdoc-Phase habe ich ScaDS.AI – eines der sechs deutschen Kompetenzzentren für Künstliche Intelligenz – als eine der wichtigsten Gastinstitutionen identifiziert. Meine Begeisterung wurde noch größer, als ich von CASUS und der Möglichkeit erfuhr, mich auf eine gemeinsame Stelle zu bewerben, die die Vorteile beider Einrichtungen vereint.

Ganz genau. Meine Forschung zielt darauf ab, mit Hilfe von Simulationen und Computern bahnbrechende Probleme in Physik und Chemie zu verstehen, wie z. B. die Biokatalyse für eine effiziente Ammoniakproduktion und unkonventionelle Supraleitung. In meiner Doktorarbeit habe ich „konventionelle“ Hochleistungsrechner entwickelt und eingesetzt. Diese Ansätze stoßen jedoch an eine so genannte „exponentielle Wand“, da die Rechenressourcen für die wirklich schwierigen Probleme exponentiell mit der Größe der Probleme wachsen. Aus diesem Grund wechselte ich während meiner beiden Postdocs in das Gebiet des Quantencomputings, da es einen potenziellen Rechenvorteil gegenüber herkömmlichen Ansätzen verspricht. Ich musste jedoch feststellen, dass beide Ansätze allein noch nicht in der Lage sind, die rechenintensiven Probleme zu lösen. Die Lösung solcher Probleme in der Physik und Chemie erfordert einen synergetischen Ansatz, der konventionelles Hochleistungsrechnen, neuartiges Quantencomputing und KI-Ansätze kombiniert. Ich glaube, dass die KI-Expertise von ScaDS.AI in Verbindung mit dem Schwerpunkt von CASUS auf dem Verständnis komplexer Systeme, unterstützt durch die interinstitutionelle Forschungsallianz DRESDEN-concept, meine Forschung voranbringen wird.

Die Marie-Skłodowska-Curie-Ausschreibung ist sehr wettbewerbsorientiert, da die Finanzierung sehr großzügig und flexibel ist, insbesondere was die Reise- und Netzwerkmittel betrifft. Ich habe mich entschieden, von Stuttgart, wo ich promoviert habe, nach Göteborg umzuziehen, weil Chalmers und Prof. Martin Rahm die perfekten Gastgeber für mein vorgeschlagenes Forschungsprojekt QC-SQUARED waren, das darauf abzielte, neuartige Quantencomputing-Ansätze zur Simulation komplexer quantenchemischer Probleme zu entwickeln. Chalmers koordiniert das „Wallenberg Centre for Quantum Technology“, ein auf 12 Jahre angelegtes und mit 86 Millionen Euro dotiertes Forschungsprogramm, das die schwedische Forschung und Industrie durch die Entwicklung und den Bau von supraleitenden Quantengeräten an die Spitze der Quantentechnologie führen soll. Folglich ist Chalmers ein weltweiter Hotspot für Quantentechnologie, der stark in die europäischen Vorzeigeprojekte OpenSuperQ und OpenSuperQPlus involviert ist, die darauf abzielen, ein vielseitiges 1.000-Qubit-Quantencomputersystem made in Europe zu bauen, sowie in das Projekt NordIQuEst, das darauf abzielt, eine nordisch-estnische e-Infrastruktur aufzubauen, die Hochleistungscomputer und Quantencomputer aus Norwegen, Schweden, Dänemark, Finnland und Estland kombiniert. Insgesamt waren meine Erfahrungen also wirklich großartig und ich konnte alles erreichen, was ich mir erhofft hatte. Da ich weiterhin an den Forschungsarbeiten in Chalmers sowie an WACQT, OpenSuperQPlus und NordIQuEst beteiligt sein werde, werden ScaDS.AI und CASUS nun einen weiteren Zugang zu einem Quantencomputersystem haben.

Mein langfristiges Ziel ist es, effiziente Berechnungsmethoden und Algorithmen zu entwickeln, um grundlegende Probleme in Chemie und Physik zu lösen und zu verstehen, insbesondere solche, die für die grüne Energiewende relevant sind. Um diese Ziele zu erreichen, konzentriere ich mich auf die Untersuchung quantenmechanischer Systeme im Nanomaßstab mit starken elektronischen Korrelationen, die für bahnbrechende Phänomene wie Hochtemperatursupraleitung, Stickstofffixierung und künstliche Photosynthese verantwortlich sind. Um diese Prozesse zu verstehen, möchte ich ein synergetisches Berechnungsinstrumentarium entwickeln, das Hochleistungscomputer, Quantencomputer, künstliche Intelligenz und Ansätze des maschinellen Lernens kombiniert.