QC4Chem

Motivation

Chemie ist einer der großen Wissenschaftszweige unserer Zeit und spielt bei Themen wie dem Design neuer Medikamente oder Materialien eine zentrale Rolle. Durch die rasante Entwicklung der Computerhardware wurde es dabei möglich, viele molekulare Eigenschaften nicht im Labor zu testen, sondern auf Computern zu berechnen. Diese hochkomplexen Rechnungen sind sehr rechenintensiv und benötigen selbst für kleine Probleme große Rechencluster. Quantencomputer bieten als neue Hardwarearchitektur das Potenzial, selbst die größten Rechencluster hinsichtlich Geschwindigkeit und Energieverbrauch in den Schatten zu stellen. Da chemische Simulationen auf Quantencomputern ein vielversprechendes Themengebiet darstellen, für das noch kein gut durchdachtes didaktisches Konzept entwickelt wurde, ist es das Ziel des Projekts, diese Lücke insbesondere für Studierende der Informatik und Chemie zu schließen.

Ziele und Vorgehen

Da Bilder sprichwörtlich mehr als tausend Worte sagen, basiert der Ansatz auf einer einfach zu benutzenden Open-Source Software, welche die Simulation molekularer Eigenschaften mit Quantencomputern interaktiv und visuell darstellt. Darüber hinaus werden Konzepte entwickelt, um Quantenalgorithmen speziell im Chemie-Kontext verständlicher zu formulieren. Durch den Einsatz in mehreren Vorlesungen werden die erarbeiteten Visualisierungen und Konzepte für Studierende bereitgestellt und können durch deren Feedback verbessert werden.

Innovation und Perspektiven

Durch die Open-Source Software mit geplantem Web-Interface wird eine bestehende didaktische Lücke zwischen Quantencomputing und Chemie geschlossen und für alle interessierten Parteien zugänglich gemacht. Lehrveranstaltungen wie Vorlesungen oder Schulungen, auch beispielsweise mit Industriebezug, können die erarbeiteten Konzepte nutzen, um chemische Quantenalgorithmen visuell einfach darzustellen.