Aktienkurse, Klimawandel, Krebsvorsorge, selbstfahrende Autos, neuartige Wirk- und Werkstoffe oder die Energiewende – alle Themen unseres Lebens, der Forschung und der Zukunft werden von belastbaren Daten und einer fortschrittlichen, sicheren und energieeffizienten Informationsverarbeitung getragen.
Jülicher Expert:innen entwickeln in Helmholtz Information Supercomputer und Algorithmen, die zu den leistungsstärksten und fähigsten der Welt gehören. Sie leisten Pionierarbeit auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz und dem Bau und der Erforschung von Quantencomputern – und nehmen das menschliche Gehirn zum Vorbild.
Das Forschungszentrum Jülich ist bei den Programmen 'Engineering Digital Futures', 'Natural, Artificial and Cognitive Information Processing' und 'Materials System Engineering' am Forschungsbereich beteiligt. Finden Sie hier Informationen zu Programmen und ihren Topics. ↓
Hinter der Forschung von Helmholtz Information stecken viele kluge Köpfe. Finden Sie hier eine Übersicht mit allen Jülicher Ansprechpersonen auf Ebene des Forschungsbereichs und seiner Programme. ↓
Erfolgreiche Forschung gelingt nur im Verbund. Verschaffen Sie sich hier einen Überblick über die an diesem Forschungsbereich beteiligten anderen Helmholtz-Zentren. ↓
Im Programm „Engineering Digital Futures - Supercomputing, Data Management and Information Security for Knowledge and Action“ geht es darum, sich den vielfältigen Herausforderungen der digitalen Transformation zu stellen. Vor dem Hintergrund dieser enormen Aufgaben ist eine wissenschaftliche und technologische Führungsrolle in den Bereichen Big Data, IT-Sicherheit, künstliche Intelligenz und Supercomputing unerlässlich. Es gilt, den Wissensschatz, der in den enormen Datenmengen in allen Forschungsgebieten verborgen ist, zu bergen und klug zu nutzen. So entstehen neue und wirksamere Medikamente, moderne Materialien, belastbare datengetriebene Strom- und Verkehrsnetze, Handlungsoptionen für die Eindämmung des Klimawandels oder Sicherheitskonzepte für Mensch und Maschine.
Hierfür entwerfen Jülicher Wissenschaftler:innen neue modulare Superrechner und zukunftsweisende, an die Supercomputer angeschlossene Quantencomputer. Sie entwickeln etablierte Rechenmethoden, Modelle und Algorithmen weiter und kombinieren sie mit innovativen Technologien, wie Künstlicher Intelligenz, welche in der Summe eine tiefgreifende Analyse und das umfassende Management der Daten ermöglichen. Zudem entwerfen sie komplett neue Ansätze für Rechnerarchitekturen wie das sogenannte „neuromorphe Computing“ nach dem Vorbild des menschlichen Gehirns, die ebenfalls in Zukunft teil modularer Supercomputer werden können.
Heutige Supercomputer verfügen über eine unglaublich hohe Rechenleistung, die jedoch mit einem hohen Energieverbrauch verbunden ist, während das menschliche Gehirn sich durch Anpassungsfähigkeit, Kreativität, emotionale Intelligenz und der Fähigkeit auszeichnet, komplexe und unstrukturierte Informationen zu verarbeiten, und dies bei einem Energieverbrauch, der etwa dem einer 20-Watt-Glühbirne entspricht. Das Programm „Natural, Artificial and Cognitive Information Processing“ zielt daher darauf ab, sowohl von der Natur zu lernen als auch die traditionelle Sprache des Rechnens zu überwinden. Dies reicht vom Verständnis biologischer Datenverarbeitung bis zu neuen Materialsystemen zur Nutzung physikalischer Effekte für neue Datenverarbeitungskonzepte und -systeme. Ziel ist es, diese in leistungsfähige Computerarchitekturen zu überführen, die so effizient arbeiten wie natürliche Systeme.
Jülicher Wissenschaftler:innen erforschen in diesem Programm neue Wege der Informationsverarbeitung durch die Nutzung von Quanteneffekten und wie die Natur komplexe Informationen im Gehirn, in einzelnen Zellen oder sogar in Molekülen verarbeitet: Daraus entstehen neue Rechnerkonzepte, wie Quantencomputer, das neuromorphe Computing oder neue Verfahren der künstlichen Intelligenz, welche zukünftig als Module in Supercomputer integriert werden können.
Neue Materialien sind ein wesentlicher Treiber technologischer Innovation. Die großen Herausforderungen können aber nur gelöst werden, wenn die Materialentwicklung beschleunigt und an die funktionalen Anforderungen, die Rohstoffverfügbarkeit, den Lebenszyklus und die ökonomischen Randbedingungen angepasst werden. Die Forscher:innen im Programm „Materials System Engineering“ entwickeln hierfür Konzepte zur Digitalisierung der Materialforschung und zur Beschleunigung der Materialentwicklung durch Verknüpfung realer Werkstoffe und ihrer Eigenschaften mit modernen computerbasierten Methoden des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz. Ein essenzielles Konzept ist hierbei der „digitale Zwilling“: ein virtuelles Modell, das alle Informationen über das neue Material und seine Eigenschaften enthält. Dieser Zwilling hilft den Forscher:innen zu verstehen, wie Struktur und Funktion auf verschiedenen Skalen zusammenhängen und trägt dazu bei, bessere Materialien, Herstellungsprozesse und völlig neue funktionale Eigenschaften schneller als durch aufwändige Experimente vorherzusagen. Das Programm „Materials System Engineering“ versteht sich dabei als zentrales Element der Materialforschungsstrategie der Helmholtz-Gemeinschaft. Das Forschungszentrum Jülich bringt sich in dieses Programm mit mächtigen Forschungsinfrastrukturen ein: Dem Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen und dem Jülich Supercomputing Centre. Beide bilden die Basis für die Forschung der im Programm beteiligten Wissenschaftler:innen, mit dem Ziel vom Atom zum technologischen Produkt einen Paradigmenwechsel bei der Materialentwicklung zu realisieren.
Im Topic „Materials Information Discovery“ nutzen Jülicher Wissenschaftler:innen die teilweise einzigartigen Instrumente am Ernst Ruska-Centrum um Materialien bis hinunter auf die Ebene der Atome hinsichtlich ihrer Struktur, ihren Defekten und inneren Grenzflächen, deren Einfluss auf die elektronische Struktur und weiteren Eigenschaften zu analysieren, und aus diesen Kenntnissen neue Materialien oder Materialkombinationen zu entwickeln.
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Vorstandsvorsitzende des Forschungszentrums Jülich
Die Koordination von Helmholtz Information obliegt der Helmholtz-Vizepräsidentin für diesen Forschungsbereich Astrid Lambrecht (FZJ). Die Programmsprecher sind Thomas Lippert (Engineering Digital Futures) und Andreas Offenhäusser vom FZJ (Natural, artificial and cognitive information processing) sowie Stefanie Dehnen vom KIT (Materials Systems Engineering).
Folgende Helmholtz-Zentren sind im Rahmen der PoF IV in Helmholtz Information eingebunden: Forschungszentrum Jülich (FZJ), Helmholtz-Zentrum Hereon in Geesthacht, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) und das Karlsruhe Institute of Technology (KIT).
