Master-Student/in (w/m/d) - Physik, Informatik, Mathematik o. ä.

Einer der aktuell vielversprechendsten Anwendungsfälle des Quantencomputings liegt in der Simulation quantenmechanischer Systeme. Hierbei sind akkurate Simulationen von Molekül- und Materialeigenschaften nicht nur aus der theoretischen Perspektive faszinierend, sondern auch von großem industriellen Interesse. Während derzeit ein großer Fokus auf Quantenalgorithmen zur Berechnung statischer Eigenschaften liegt, wie z.B. Energien von Grund- und angeregten Zuständen, haben Simulationen dynamischer Prozesse bisweilen relativ wenig Aufmerksamkeit erhalten.

Grundsätzliches Ziel dieser Abschlussarbeit ist die Implementation von hybriden Algorithmen zur Simulation von Molekulardynamik, in denen die Kernstruktur klassisch betrachtet wird und lediglich die elektronische Struktur auf dem Quantencomputer propagiert wird (siehe Ehrenfest-Methode, Hellman-Feynman-Kräfte, etc.). Nachdem im ersten Teil der Arbeit bekannte Methoden für Modellsysteme (z.B. Shin-Mitsu-Modell, H2) implementiert werden, sollen im Anschluss neue und innovative Ansätze erprobt werden und mit bereits bekannten Verfahren verglichen werden. Hierbei sollen sowohl unterschiedliche Fermion-zu-Qubit-Mappings sowie Gitter-Encodings in erster und zweiter Quantisierung gegenübergestellt werden. Neben einer fachlichen Eignung für diese Tätigkeiten wird auch eine ausgeprägte Teamfähigkeit erwartet.

Die Arbeit wird doppelt betreut durch einen Physiker mit umrangreicher Expertise in der Quantensimulation dynamischer Prozesse, welcher den algorithmischen Teil der Arbeit anweisen wird, sowie einen Chemie-Ingenieur mit jahrelanger Erfahrung in der klassischen Simulation von nicht-adiabatischer Molekulardynamik, welcher beratend für Anwendungsfälle zur Verfügung steht. Die Betreuung und Durchführung der Abschlussarbeit erfolgt in englischer Sprache.