Steuerung durch Mikrowellen 25.03.2024, 13:00 Uhr

Quanten-Supercomputer made in NRW

Das Jülich Supercomputing Centre (JSC) am Forschungszentrum Jülich und das Siegener Start-up Eleqtron bauen gemeinsam einen modularen Superrechner auf. Weltneuheit ist die Verbindung eines Quantencomputers auf Basis von Ionen statt Atomen und seine Steuerung durch Mikrowellen.

Eleqtron

Mitarbeiter des Siegener Start-ups Eleqtron arbeiten am Quantencomputer

Foto: eleQtron / Fotos sichtplan

„Als erster Quantencomputer-Hersteller in Deutschland werden wir Rechenzeit auf ionenbasierten Quantencomputern für die industrielle Anwendung verfügbar machen.“ Das ist das Ziel des Siegener Start-ups Eleqtron, das vor mehr als zehn Jahren eine Mikrowellentechnik entwickelt hat, mit der sich Ionen in einer Teilchenfalle steuern lassen. Jetzt soll die Hightech-Schmiede aus dem Siegerland dem Jülich Supercomputing Centre (JSC) am Forschungszentrum Jülich (FZ Jülich) helfen, die Superrechner mithilfe von Quantencomputing weltweit an die Spitze zu bringen.

Warum muss man Supercomputer mit Quantencomputern verbinden?

Sehr viele Menschen nutzen heute schon künstliche Intelligenz (KI). Dass wir das heute viel besser können als früher, hat damit zu tun, dass unsere Computer viel schneller geworden sind. In Zukunft brauchen wir noch schnellere Superrechner. Und dafür gilt es, diese schnellen Rechner mit Quantencomputern zu verbinden.

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„Rechenleistung wird in Zukunft der entscheidende Schlüssel sein, die großen Herausforderungen der Menschheit zu meistern. Das gilt für den Kampf gegen die Volkskrankheiten genauso wie für intelligente Mobilität und ressourcenschonende Nutzung von Energie“, sagte heute NRW-Wissenschaftsministerin Ina Brandes bei der Bekanntgabe der Zusammenarbeit von JSC und Eleqtron in Jülich. Der neue modulare Superrechner besteht aus einem Quantenmodul von Eleqtron und einem klassischen digitalen Supercomputing-Modul. Das Ganze ist ein Forschungsprojekt namens Epiq („Entwicklungspartnerschaft Ionenfallen-Quantencomputer in NRW“). Das Land NRW fördert Epiq mit etwa 21 Mio. € über fast fünf Jahre hinweg.

Was ist das Besondere am Quantencomputer von Eleqtron?

Quantencomputer basieren darauf, dass beim Rechnen sich die Quanteneigenschaften von winzigen Elementarteilchen ändern. Quantencomputerhersteller IBM, der den ersten Supercomputer in Deutschland 2021 über die Fraunhofer-Gesellschaft breit verfügbar machte, arbeitet zum Beispiel mit tiefgekühlten Atomen. Atome sind elektrisch neutral, lassen sich also durch einen Strom nicht manipulieren.

Eleqtron nutzt Ionen, als elektrisch geladene Varianten der Atome. „Dabei werden einzelne Ionen durch elektromagnetische Felder im Vakuum wie an einer Perlenkette aufgereiht“, erklärt Jan Leisse, Mitgründer und CEO von Eleqtron. „Sie sind vollständig gekoppelt – also wechselwirken alle miteinander – und können über unsere einzigartige Mikrowellensteuerung kontrolliert werden.“ Anders als supraleitende Qubits (wie die von IBM) müssen Ionenfallen nicht so stark gekühlt werden. „Das macht es einfacher, auch größere Quantenprozessoren mit sehr vielen Qubits auf der nötigen Temperatur zu halten“, heißt es in der Pressemeldung weiter.

Was soll der neue Super-Quanten-Computer in Jülich leisten?

Im Rahmen von Epiq soll ab Ende 2024 das Eleqtron Quantencomputer-Pilotsystem mit bis zu 30 Ionenfallen-Qubits aufgebaut werden. Es soll dann in die Jülicher Nutzerinfrastruktur für Quantencomputing (Juniq) integriert wird und ab 2025 könnten dann Anwenderinnen und Anwender im hybriden High-Performance- und Quantencomputing-Modus (HPC-QC) daran arbeiten.

FZ-Jülich-Chefin Astrid Lambrecht lobt, dass das System dann offen zugänglich für Nutzer aus Wissenschaft und Industrie sei: „Davon profitieren Hochschulen, und wir fördern den Transfer von Quantentechnologien in die Industrie in NRW. Neben dem Zugang zu Quantencomputing ist auch die fachliche Unterstützung ein entscheidender Baustein. Damit tragen wir dazu bei, die agile Quantencomputing-Community in Nordrhein-Westfalen zu stärken.“

Im zweiten Schritt soll dann ein serienreifes, gatterbasiertes Quantencomputersystem mit bis zu 60 Qubits entwickelt werden. Gatterbasierte Quantencomputer lassen sich laut FZ Jülich für ein breiteres Spektrum an Problemen einsetzen. Anwendungsfelder sollen zum einen Optimierungsaufgaben sein, zum Beispiel für Logistik, Verkehrsoptimierung und Verfahrenstechnik. Zum anderen sollen gatterbasierte Quantencomputer in den Grundlagenwissenschaften Physik, Chemie, Biologie und Medizin helfen, sowie bei Verfahren wie maschinellem Lernen und KI.

Projektwebsite EPIQ: https://www.fz-juelich.de/de/epiq/

Ein Beitrag von:

  • Stephan W. Eder

    Stephan W. Eder

    Redakteur VDI nachrichten
    Fachthemen: Energie, Energierohstoffe, Klimaschutz, CO2-Handel, Drucker und Druckmaschinenbau, Medien, Quantentechnologien

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