Im Rahmen des Projekts „Entwicklungspartnerschaft Ionenfallen-Quantencomputer in NRW“ (EPIQ) haben das Jülich Supercomputing Centre und das Siegener Start-Up eleQtron einen weltweit einzigartigen modularen Superrechner gebaut. Dieser besteht aus einem Quantenmodul und einem klassischen digitalen Modul.
Inhaltsverzeichnis
1. Ziel von EPIQ
2. Vom Pilotsystem zum Quantencomputer
3. Anwendungsfelder
4. Globales Innovationspotenzial
Der Superrechner kann mit Hilfe einer revolutionären Mikrowellen-Steuerung rechnen, die von der Universität Siegen stammt. Das Projekt EPIQ wird vom Ministerum für Kultur und Wissenschaft in NRW gefördert.
Ziel von EPIQ
In der EPIQ Entwicklungspartnerschaft soll ab Ende 2024 das eleQtron Quantencomputer-Pilotsystem mit bis zu 30 Ionenfallen-Qubits aufgebaut werden, das anschließend in die Jülicher Nutzer-Infrastruktur für Quantencomputing JUNIQ integriert wird. Ab 2025 steht es laut Plan dann Anwenderinnen und Anwendern zur Verfügung – im hybriden High-Performance- und Quantencomputing (HPC-QC) Modus.
Ina Brandes, Ministerin für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen (MKW NRW)
„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. Quantencomputing ‚made in NRW‘ gehört international zur Spitze. Das verdanken wir der beispielhaften Erfolgsgeschichte der Universität Siegen, ihrer Ausgründung mit eleQtron und der engen Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich: ein echtes Leuchtturm-Projekt für den Wissenschaftsstandort Nordrhein-Westfalen.“
Vom Pilotsystem zum Quantencomputer
„Die Integration des eleQtron-Systems kann bereits heute vom breiten Nutzerportfolio der JUNIQ-Plattform profitieren“, erklärt Projektleiterin Kristel Michielsen. „JUNIQ bietet dabei die einzigartige Möglichkeit, verschiedene Quantencomputersysteme und Konzepte auf einer Plattform miteinander zu vergleichen. Der eleQtron-Quantencomputer wird als Referenz für die Einordnung anderer Systeme dienen.“ In einem zweiten Schritt wird das Pilotsystem zum serienreifen gatterbasierten Quantencomputer mit bis zu 60 Qubits entwickelt, in die HPC-Systeme des JSC integriert, und wird ab 2026 in JUNIQ im hybriden Modus eingesetzt. Gatterbasierte Quantencomputer verwenden – daher der Name – eine Folge von Quantengattern, um den Zustand von Qubits zu manipulieren und so Quantenberechnungen durchzuführen. Sie lassen sich für ein breiteres Spektrum an Problemen einsetzen als Quanten-Annealer und sind somit vielseitiger. Das System ist der erste gatterbasierte Quantencomputer, der am Standort Forschungszentrum Jülich in den wissenschaftlichen Anwendungsbetrieb gehen wird.
Prof. Astrid Lambrecht, Vorstandsvorsitzende des Forschungszentrums Jülich
„Gemeinsam mit einem Start-up aus der Region einen Quantencomputer zu entwickeln und zur Anwendung zu bringen, zeigt die Leistungsfähigkeit des Hochtechnologiestandorts NRW in Europa und die Effektivität des Netzwerks ‚EIN Quantum NRW‘. Über die Jülicher Nutzerinfrastruktur für Quantencomputing ist das System offen zugänglich für Nutzer aus Wissenschaft und Industrie. 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.“
Anwendungsfelder
Anwendungsfelder des Systems werden zum einen Optimierungsaufgaben sein, in unterschiedlichen industriellen Bereichen wie Logistik, Verkehrsoptimierung und Verfahrenstechnik. In den Grundlagenwissenschaften Physik und Chemie, Biologie und Medizin sowie Materialforschung findet der Quantenrechner ebenfalls Anwendung. Vielversprechende Einsatzfelder sind darüber hinaus auch Maschinelles Lernen und Training von Modellen der Künstlichen Intelligenz.
Globales Innovationspotenzial
„Das Jülich Supercomputing Centre ist zusammen mit dem Münchner Unternehmen ParTec Vorreiter im vernetzten Betrieb unterschiedlicher Höchstleistungs-Rechensysteme“, erklärt Thomas Lippert, Leiter des JSC. „Wir sind führend in der Entwicklung von modularen Integrationstechnologien, die für die Kopplung zukünftiger Quantencomputer benötigt werden, und wir entwickeln hybride Quanten-HPC-Algorithmen.“ (vk)
