Aus dem Forschungslabor Folge 41
Quantencomputer made in Germany
Veröffentlicht in Ausgabe 05/2022 - RUBRIKEN
Insgesamt 25 deutsche Unternehmen und Forschungseinrichtungen haben sich im Verbundprojekt QSolid zusammengeschlossen. Das Konsortium ist das größte dieser Art in Deutschland und wird vom Forschungszentrum Jülich koordiniert.
Gemeinsam wollen die Partner ein umfassendes Ökosystem für einen Demonstrator auf Basis supraleitender Qubits entwickeln, der über die Jülicher Quantencomputer- Infrastruktur JUNIQ externen Nutzern zugänglich gemacht und auf deren Bedürfnisse zugeschnitten werden soll.
Quantencomputer mit vielfältigen CPUs
Vorgesehen ist ein System, das verschiedene Quantenprozessoren enthält, die auf supraleitenden Schaltkreisen mit reduzierter Fehlerrate beruhen. Der Ansatz gilt als weltweit führend und wird unter anderem auch von Google, IBM und Intel verfolgt. Die Multiprozessor-Maschine am Forschungszentrum Jülich soll mindestens drei unterschiedliche Quantenchips parallel betreiben: ein "Moonshot-System", dessen Rechenleistung die klassischer Superrechner übertrifft, ein anwendungsspezifisch designtes System, das bereits für industriell nützliche Quantenberechnungen geeignet ist, sowie eine Benchmarking- Plattform, die vorrangig auf die Entwicklung digitaler Zwillinge und industrieller Standards ausgerichtet ist.
Insgesamt 25 deutsche Unternehmen und Forschungseinrichtungen haben sich im Verbundprojekt QSolid zusammengeschlossen. Das Konsortium ist das größte dieser Art in Deutschland und wird vom Forschungszentrum Jülich koordiniert.
Gemeinsam wollen die Partner ein umfassendes Ökosystem für einen Demonstrator auf Basis supraleitender Qubits entwickeln, der über die Jülicher Quantencomputer- Infrastruktur JUNIQ externen Nutzern zugänglich gemacht und auf deren Bedürfnisse zugeschnitten werden soll.
Quantencomputer mit vielfältigen CPUs
Vorgesehen ist ein System, das verschiedene Quantenprozessoren enthält, die auf supraleitenden Schaltkreisen mit reduzierter Fehlerrate beruhen. Der Ansatz gilt als weltweit führend und wird unter anderem auch von Google, IBM und Intel verfolgt. Die Multiprozessor-Maschine am Forschungszentrum Jülich soll mindestens drei unterschiedliche Quantenchips parallel betreiben: ein "Moonshot-System", dessen Rechenleistung die klassischer Superrechner übertrifft, ein anwendungsspezifisch designtes System, das bereits für industriell nützliche Quantenberechnungen geeignet ist, sowie eine Benchmarking- Plattform, die vorrangig auf die Entwicklung digitaler Zwillinge und industrieller Standards ausgerichtet ist.
Der Fokus des Projekts liegt auf der Verbesserung der Qualität der Quantenbits, die QSolid vorantreiben will. Die Fehleranfälligkeit der Qubits gilt als Knackpunkt bei der Entwicklung von Quantencomputern. Die Quantenzustände, die zur Speicherung der Quanteninformation genutzt werden, reagieren sehr empfindlich auf äußere Einflüsse. Oftmals werden sie gestört, bevor alle Rechenoperationen abgeschlossen sind.
"Die Optimierungen, die uns vorschweben, fangen bei besonders fehlerarmen supraleitenden Schaltungen an, die wir unter anderem durch hochpräzise Fertigungsmethoden und neue Materialsysteme erreichen wollen. Entscheidend sind aber auch die optimale Kontrolle der Quantenbits sowie hochmoderne Fehlervermeidungsverfahren mittels künstlicher Intelligenz auf Firmware-Level, wo wir mit QSolid neue Maßstäbe setzen wollen", erläutert Projektkoordinator Professor Frank Wilhelm-Mauch.
Erste Systeme ab 2024
Die Fertigung der Quantenprozessoren wird zu großen Teilen in der Helmholtz Nano Facility am Forschungszentrum Jülich erfolgen. Der 1000 Quadratmeter große Reinraumkomplex der Helmholtz- Gemeinschaft ist mit modernen Anlagen für die Herstellung und Charakterisierung von Quantenbauelementen ausgestattet. Bis 2025 wird dieser noch ergänzt werden durch das Helmholtz-Quantum Center, eine Laborinfrastruktur, die speziell für das Quantencomputing ausgelegt ist. Erste Vorläufer der geplanten Demonstratoren in QSolid werden am Leibniz- IHPT in Jena produziert und für das Jahr 2024 erwartet.