Quantencomputer Demonstrator für komplexe Berechnungen

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Im Großprojekt QSolid hat das Forschungszentrum Jülich gemeinsam mit seinen Partnern den Prototyp für einen Quantencomputer mit optimierter Qubit-Qualität in Betrieb genommen.

Der Prototyp bildet die Grundlage für einen zukünftigen, in Deutschland entwickelten Quantencomputer auf Basis supraleitender Qubits, der in der Lage sein soll, komplexe Berechnungen für Industrie und Forschung durchzuführen.

Nach zweieinhalb Jahren Projektarbeit hat das über 160-köpfige Konsortium rund um Projektkoordinator Prof. Dr. Frank Wilhelm-Mauch vom Forschungszentrum Jülich einen wesentlichen Meilenstein des nationalen Verbundprojekts erreicht. „Wir haben ein kompaktes, aber leistungsstarkes System entwickelt, das nun bereit ist, in die nächste Entwicklungsphase zu gehen“, sagt Prof. Frank Wilhelm-Mauch.

Leistungsfähigkeit soll weiter steigen

In den kommenden Jahren soll das System nun weiter ausgebaut und in die bestehende Jülicher Supercomputer-Umgebung integriert werden, um die Leistungsfähigkeit weiter zu steigern – von derzeit 10 auf 30 Qubits. Die Abkürzung steht hierbei für „Quantenbits“, die zentrale Informationseinheit eines Quantencomputers.

„Wir sind glücklich, dass wir in der ersten Projekthälfte unsere Kompetenzen aufbauen und in einem ersten System bündeln konnten. Mit der gesicherten Finanzierung können wir jetzt auf eine wirklich beachtenswerte Plattform hochskalieren“, so Prof. Wilhelm-Mauch.

Quantencomputer als Teil der deutschen Forschungsstrategie

QSolid wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) zu 90 Prozent gefördert. Das Projekt, an dem sich 25 Institutionen aus Deutschland beteiligen, ist Teil der deutschen Strategie zur Sicherung der technologischen Souveränität im Bereich der Quantenforschung. Übergeordnetes Ziel ist es, die industrielle Wettbewerbsfähigkeit des Standorts Deutschland zu stärken und neue Anwendungen in Wissenschaft und Wirtschaft, beispielsweise in Bereichen wie der Chemie, Materialforschung oder Medizintechnik, zu ermöglichen.

Insgesamt fließen 76,3 Millionen Euro in das Projekt. Die finanziellen Mittel wurden aufgrund der überzeugenden Leistungsdaten des 10-Qubit-Prototyps nun vollständig durch das BMBF freigegeben.

10-Qubit-Demonstrator in Betrieb

Das nun fertiggestellte System verfügt über eine geringe Fehlerrate, einen maßgeschneiderten Softwarestack und wird in den nächsten Wochen per Cloudzugriff an die JUelicher Nutzer-Infrastruktur für Quantencomputing Juniq angebunden. Kernstück des Prototyps ist der Quantenprozessor, der bereits mit hoher Leistungsfähigkeit aufwartet. Auch der Softwarestack besteht erste Funktionstests und wird derzeit mit dem Quantenprozessor verbunden. Zusätzlich konnten bereits größere Subsysteme für die Verkabelung, Elektronik und Software entwickelt sowie am zentralen System installiert werden. Weiterhin gibt es neue Testmöglichkeiten, mit denen die nächste Generation für die kryogene Steuerung von Qubits entwickelt wird, damit der Betrieb der Qubits zukünftig einfacher und energiesparender ist.

Weiterentwicklung für Anwendungen in Industrie und Wissenschaft

Im weiteren Projektverlauf bis Ende 2026 wird das Team auf Basis des nun vorgelegten Ergebnisses mehrere Prozessortypen entwickeln und optimieren. Der Prototyp des QSolid-Demonstrators soll seine Leistungsfähigkeit perspektivisch vervielfachen.

Ein zentrales Ziel des QSolid-Projekts ist zudem die Einbindung von Quantencomputern in die bestehende Höchstleistungsrechner-Umgebung des Jülich Supercomputing Centre. Die Kombination aus Quanten- und Supercomputern soll es ermöglichen, besonders komplexe Berechnungen schneller und effizienter durchzuführen. „Erste Schritte in Richtung eines hybriden Systems, das Quanten- und Supercomputing verbindet, wurden bereits unternommen. In Ansätzen ist die Integration in die Jülicher High-Performance-Computing-Infrastruktur (HPC) bereits möglich“, erklärt Prof. Wilhelm-Mauch.

Weitere Informationen: https://www.fz-juelich.de/de

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