Foto: IQM
Das Leibniz Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaft in Garching bei München darf sich auf mehr Rechenpower freuen. Das LRZ, bislang mit seinem High-Performance-Computer SuperMUC-NG auf Platz 23 der Top-500-Liste der weltweit schnellsten Rechner (Stand Nov: 2021), soll bis Ende 2023 einen eigenen Quantencomputer bekommen. Im Rahmen des Projekts "Quantencomputer-Erweiterung durch Exascale-HPC (Q-Exa)". will man in Garching die Integration eines Quantencomputers in eine professionelle HPC-Umgebung entwickeln und realisieren.
20 Qubit für Garching
Der Bund fördert das Projekt im Rahmen seiner zwei Milliarden Euro schweren Quantencomputer-Initiative mit rund 40 Millionen Euro. Dabei zählt der Rechner zu einem von neun Quanten-Computing-Projekten, die das Bundesforschungsministerium derzeit unterstützt. Das Projekt Q-Exa gehört zur Fördermaßnahme "Quantencomputer-Demonstrationsaufbauten" und wird einen 20-Qubit-Quantencomputer-Demonstrator auf der Basis von supraleitenden Schaltkreisen für die Integration in das geplante Exascale-System des Leibniz-Rechenzentrums liefern.
Lieferant des Quantencomputers ist das deutsch-finnische Unternehmen IQM Quantum Computers mit Hauptsitz in finnischen Espoo, wo die Company auch ein Quantenlabor betreibt. Herzstück des Quantencomputers sind die hauseigenen CPUs IQM-KQCircuits. Neben der deutschen Tochter IQM Germany GmbH und dem Leibniz-Rechenzentrum sind an dem Quantenprojekt noch das Karlsruher Start-up HQS Quantum Simulations sowie die science + computing AG (ein Atos-Unternehmen) aus Tübingen beteiligt.
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Die Erwartungen der Politik an das Projekt in Garching sind hoch. So schwärmt die geschäftsführende Bundesforschungsministerin Anja Karliczek etwa: "Mit dem Projekt Q-Exa schlagen wir ein neues vielversprechendes Kapitel auf unserem Weg zum Quantencomputer 'made in Germany' auf. Ich freue mich sehr, dass wir mit dem Projektstart den ersten Meilenstein in Richtung eines wettbewerbsfähigen Quantencomputers 'made in Germany' erreicht haben." Und weiter fordert die scheidende Ministerin, dass Deutschland und die Europäische Union im internationalen Wettrennen im Bereich der Quantentechnologien mit ganzer Kraft mithalten müssen.
Benchmark IBM
Bei allem Stolz auf einen Quantencomputer made in Germany sollte allerdings nicht vergessen werden, dass die internationale Konkurrenz in dem Rennen schon fast eine Runde weiter ist. So stellte IBM mit dem Eagle vor kurzem bereits einen Quantum-Prozessor mit 127 Qubit vor. Dieser enthält mehr als 100 funktionsfähige und miteinander verbundene Qubits. Zudem haben die Amerikaner mit dem Quantum System Two eine neue Plattformgeneration in petto, die skalierbare Qubit-Steuerelektronik zusammen mit kryogenen Komponenten und Kabeln höherer Dichte umfasst.
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Auf die Skalierbarkeit verweist auch Jan Goetz, Mitgründer und CEO von IQM. Seinen Angaben zufolge soll sich das System auf bis zu mindestens 100 individuell ansteuerbare Qubits ausbauen lassen - skalierbar auf mindestens 500 Qubits. Bis 2024 baut IQM zudem einen Quantencomputer mit einer Rechenleistung von 54 Qubits im Technischen Forschungszentrum Finnland VTT.
Doch die Industrie interessiert das Rennen um den schnellsten Quantencomputer nur bedingt. Für sie ist, wie auch Goetz unterstreicht, vielmehr der Aspekt der Integration eines Quanten-Computing-Systems in eine professionelle HPC-Umgebung wichtig. Und noch etwas zählt für die Industrie, wie Martin Brudermüller, Vorstandvorsitzender und CEO der BASF SE, ausführt: der barrierefreie Zugang der Industrie zu einer europäischen Quantencomputer-Infrastruktur. Denn derzeit sei die finanzielle Belastung für ein Unternehmen noch zu hoch, um in einen eigenen Quantencomputer zu investieren.
Quantencomputer bei BASF
Hierzu, so der BASF-Chef, dessen Unternehmen zu den Gründungsmitgliedern des Quantum Technology and Application Consortium (QUTAC) gehört, müsse eine zentrale Anwenderplattform aufgebaut werden, um den Anwendern einen einfachen Zugang zu der Technologie zu ermöglichen. "Derzeit kann die Industrie ausschließlich US-amerikanische Plattformen und die dahinterliegenden Quantencomputer nutzen", kritisiert Brudermüller und fordert eine europäische Technologie-Souveränität in Sachen Quanten-Computing.
Die Vorteile des Quantencomputers stehen für Brudermüller außer Frage: "Der Effizienzgewinn ist gewaltig". So würde es heute aufgrund des exponentiellen Rechenaufwandes Wochen und Monate dauern, um etwa die komplexe Formulierung für einen Autolack oder ein Pflanzenschutzmittel mit einem klassischen Supercomputer zu berechnen. Ein Quantencomputer könne dies innerhalb von Tagen erledigen. Neben solchen Optimierungsproblemen sieht der Manager für Quantencomputer bei der BASF noch ein Einsatzfeld bei der Berechnung von Reaktionsmechanismen in der Katalyse oder bei der Entwicklung ganz neuer Materialien.