Mit Quantencomputern verbinden sich große Hoffnungen. Sie sollen künftig Aufgaben lösen, die für heutige Supercomputer zu komplex sind. Quantencomputer könnten zum Beispiel riesige Datenmengen enorm schnell durchsuchen, sie könnten Verkehrsnetze oder Produktionsabläufe in Fabriken optimieren und chemische Prozesse vorhersagen, was die rasche Entwicklung von neuen Wirkstoffen für Arzneimittel oder neuen Batterien ermöglichen könnte. Doch bis es soweit ist, gilt es noch viel zu erforschen.
Jülich deckt das gesamte Spektrum der Forschung ab – von der Suche nach geeigneten Quantenmaterialien über das Entwerfen von Schaltkreisen und passender Kryo-Elektronik bis hin zur Entwicklung von Prototypen und Anwendungen.
Verschiedene Ansätze
Die Jülicher Forscher:innen verfolgen unterschiedliche Ansätze, um Qubits, die Recheneinheiten von Quantencomputern, zu realisieren. Gemeinsam mit Partnern entwickeln sie Rechner sowohl mit Halbleiterqubits als auch mit supraleitenden Qubits. Und sie forschen an weiteren Alternativen wie sogenannten Hybrid-Qubits. Das Erforschen verschiedener Ansätze ist wichtig, da sich derzeit noch nicht sagen lässt, welche Technologie sich am Ende durchsetzen wird.
Eine weitere Herausforderung: Heutige Qubits sind anfällig für Störungen, weshalb es häufig zu Rechenfehlern kommt. Jülicher Forscher:innen beschäftigen sich daher auch mit der Fehlerkorrektur und forschen an Qubits mit einer geringen Fehlerrate. Darüber hinaus entwickeln sie sogenannte Kryo-Elektronik zur Steuerung von Qubits bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt von minus 273 Grad Celsius, der Betriebstemperatur vieler Qubittypen.
Ideale Bedingungen
Für die Forschung an Quantencomputern bietet Jülich ideale Bedingungen. Hier arbeiten zahlreiche Expert:innen für verschiedene Ansätze und Aufgaben eng zusammen. Sie koordinieren nationale und europäische Vorhaben, in denen Projektpartner aus Wissenschaft und Wirtschaft unterschiedliche Quantensysteme aufbauen – oder sind daran beteiligt.
Mit dem Helmholtz Quantum Center (HQC) verfügt Jülich über ein einzigartiges zentrales Technologiezentrum, in dem Forscher:innen in diversen Speziallaboren alle Schritte der Entwicklung durchführen können. Auch in der Helmholtz Nano Facility (HNF) können Quantenchips hergestellt werden.
Mithilfe der Jülicher Supercomputer können außerdem Quantenrechner simuliert sowie Programme getestet werden, die künftig auf Quantencomputern laufen sollen. Ein weiterer Vorteil der Jülicher Supercomputer-Infrastruktur: Quantenrechner können hier mit Supercomputern zu sogenannten Hybridsystemen verbunden werden. Die Kombination soll es ermöglichen, die Leistung der Quantenrechner bereits heute für erste praktische Anwendungen zu nutzen.
Blick in den Quantenrechner des Projekts OpenSuperQ. Copyright: Forschungszentrum Jülich/Sascha Kreklau
Zugriff für Wissenschaft und Wirtschaft
Auf viele der in Jülich installierten Systeme können Wissenschaft und Wirtschaft über die "JUelicher Nutzer-Infrastruktur für Quantencomputer" (JUNIQ) zugreifen: auf Quantenannealer, Quantensimulatoren, universelle Quantencomputer und Emulatoren, mit denen sich Quantenrechner auf Supercomputern nachahmen lassen. Aber auch Systeme von Partnereinrichtungen stehen per Fernzugriff über JUNIQ zur Verfügung.
Beteiligte Einrichtungen & Projekte
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