Illustration Absmeier foto freepik

Das Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (LRZ) in Garching bei München erhält seinen ersten Quantencomputer auf Basis neutraler Atome.
Das vollständig digitale System mit 1.000 Qubits und einer neuartigen Multi-Core-Architektur wird vom deutschen Start-up planqc entwickelt und in die bestehende Infrastruktur für Hochleistungsrechnen (HPC) integriert.
Für planqc ist dies bereits das zweite große staatlich geförderte Projekt nach einem Auftrag über 29 Millionen Euro vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im April 2023.
Die Initiative des LRZ im Bereich Quantencomputing zielt darauf ab, Deutschland an die Spitze der nächsten Generation des Computings zu bringen, indem hybride Computersysteme weiterentwickelt werden, die Quanten- und klassische Supercomputing-Technologien integrieren.

planqc wurde ausgewählt, ein 20-Millionen-Euro-Projekt zur Entwicklung und Installation eines 1.000-Qubit-Quantencomputers am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) in Garching bei München zu leiten. Dieser fortschrittliche Quantencomputer, der auf neutralen Atomen basiert, wird in die Supercomputer-Infrastruktur des LRZ integriert und als Beschleuniger für wissenschaftliche Forschung und industrielle Anwendungen dienen.

Das Projekt mit dem Namen »Multicore Atomic Quantum Computing System« (MAQCS) wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Ziel ist es, einen universell programmierbaren Quantencomputer zu installieren, der auf neutralen Atomen in einer innovativen Multi-Core-Architektur basiert, um sowohl die Rechengeschwindigkeit als auch die Effizienz zu steigern. Die Entwicklung wird vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) unterstützt, das zusammen mit planqc und dem LRZ das Konsortium bildet.

»Wir freuen uns, mit dem LRZ und dem MPQ bei diesem wegweisenden Projekt zusammenzuarbeiten und planqc als europäischen Vorreiter bei Quantencomputern mit neutralen Atomen zu positionieren. Die Überschreitung der Grenze von 1.000 Qubits und die Integration dieses Systems in ein Supercomputing-Ökosystem als Co-Prozessor sind ein großer Schritt nach vorne und bringen das deutsche Quanten-Ökosystem auf Augenhöhe mit globalen Wettbewerbern«, sagt Alexander Glätzle, CEO und Mitgründer von planqc. »Dieser Meilenstein ist auch ein wichtiger Schritt in Richtung kommerzieller Quantencomputer, die komplexe Probleme in verschiedenen Branchen wie der Pharmaindustrie, Materialentwicklung oder Kryptografie lösen können.«

Prof. Dr. Dieter Kranzlmüller, Vorsitzender des Direktoriums am LRZ, einem der drei nationalen Supercomputing-Zentren Deutschlands, ergänzt: »plancq geht aus dem renommierten Max-Planck-Institut für Quantenoptik hervor und bringt dadurch beste Voraussetzungen mit. Im Sinne unseres technologie-offenen Ansatzes möchten wir ihr System auf Basis neutraler Atome am LRZ in Betrieb nehmen und in unsere integrierte Umgebung von Super- und Quantencomputern einbinden. Gemeinsam setzen wir alles daran, das System für die Forschung unserer Userinnen nutzbar zu machen. Denn die Potenziale der nächsten Generation hybrider Computersysteme sind vielfältig.«

Die Überschreitung der Grenze von 1.000 Qubits dürfte erstmals einen echten Mehrwert für die Lösung wissenschaftlicher und industriebezogener Problemstellungen schaffen. Das MAQCS-System wird den Nutzern des LRZ damit ein leistungsstarkes neues Werkzeug für Forschung und Entwicklung bieten.

Stärkung der Führungsposition Deutschlands im Quantencomputing

Quantencomputer haben das Potenzial, Bereiche wie die Wirkstoffentwicklung, Materialwissenschaften, Kryptografie und Klimaforschung zu revolutionieren, indem sie komplexe Probleme lösen, die weit über die Fähigkeiten klassischer Computer hinausgehen. Dank der hochmodernen Technologie von planqc und der starken staatlichen Unterstützung ist Deutschland gut positioniert, eine führende Rolle im globalen Wettlauf um Quantencomputing einzunehmen. Dieses Projekt stellt die zweite große staatlich geförderte Initiative von planqc dar, nachdem das Unternehmen bereits 2023 einen Auftrag über 29 Millionen Euro mit dem DLR zur Entwicklung eines weiteren fortschrittlichen Quantencomputers abgeschlossen hat.

Der MAQCS-Quantencomputer von planqc nutzt neutrale Atome in optischen Gittern als Qubits, die in einer innovativen Multi-Core-Architektur mit zwei unabhängigen Kernen und insgesamt 1.000 Qubits organisiert sind. Diese Architektur ermöglicht parallele Rechenprozesse, reduziert die Latenzzeit, indem ein Kern zurückgesetzt wird, während der andere weiter rechnet, und steigert so die Geschwindigkeit und Effizienz erheblich. Das Projekt legt zudem besonderen Wert auf die Weiterentwicklung der Quanten-Fehlerkorrektur, was einen entscheidenden Schritt in Richtung zuverlässiger und fehlertoleranter Quantencomputer darstellt.

»Mit dem MAQCS-Projekt demonstriert planqc, wie die Technologie neutraler Atome das Quantencomputing vorantreiben kann. Unsere innovative Multi-Core-Architektur steigert nicht nur die Effizienz und Skalierbarkeit, sondern bereitet auch den Weg für Anwendungen in der realen Welt. Wir sind stolz darauf, diese Initiative anzuführen und planqc sowie Deutschland an die Spitze der globalen Quanteninnovation zu bringen«, fügt Sebastian Blatt, CTO und Mitgründer von planqc, hinzu.

Der Einsatz neutraler Atome als Qubits durch planqc ist besonders vielversprechend für die Skalierung auf eine große Anzahl von Qubits mit längeren Kohärenzzeiten und höherer Genauigkeit – entscheidende Anforderungen für die Entwicklung industrietauglicher Quantencomputer. Im Gegensatz zu Quantensystemen, die nur bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt funktionieren, kann der 1.000-Qubit-Quantencomputer von planqc bei Raumtemperatur betrieben werden.

Integration in den Software-Stack des LRZ für nahtlosen Zugriff

Der MAQCS-Quantencomputer wird in den Munich Quantum Software Stack (MQSS) des LRZ integriert, einer hybriden Supercomputing-Umgebung, die HPC- und Quantencomputing-Hardware eng miteinander verknüpft. Nutzer werden in der Lage sein, über cloudbasierte Schnittstellen und direkte HPC-Workflows auf das System zuzugreifen, was eine breite Zugänglichkeit und einen nahtlosen Betrieb sicherstellt.

Das System von planqc stellt den dritten Quantencomputing-Typ im Portfolio des LRZ dar, nach einem 20-Qubit-Quantencomputer auf Basis supraleitender Schaltkreise von IQM und einem 20-Qubit-System von AQT auf Basis einer Ionenfalle. Für die Entwicklung fortschrittlicher High-Tech-Lösungen aus Europa ist es entscheidend, eigene Kapazitäten aufzubauen, um Lösungen für Quantencomputing in Verbindung mit Supercomputern anzubieten.

Das MAQCS-Konsortium mit Dr. Markus Söder bei der Eröffnung der planqc-Firmenzentrale in Garching (v. l. n. r): Dr. Sebastian Blatt, CTO und Co-Founder planqc & Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Dr. Alexander Glätzle, CEO und Co-Founder planqc, Dr. Fabian Lausen, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Dr. Markus Söder, Bayerischer Ministerpräsident, Prof. Dr. Dieter Kranzlmüller, Vorsitzender des Direktoriums des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ), Dr. Johannes Zeiher, Co-Founder planqc & Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Quantenoptik. © planqc GmbH

Über planqc

planqc baut Quantencomputer und speichert Quanteninformation in einzelnen Atomen – von Natur aus die besten Qubits. Die Quanteninformation wird verarbeitet, indem diese Qubits in hochskalierbaren Registern angeordnet und anschließend durch präzise kontrollierte Laserpulse manipuliert werden. planqc zeichnet sich durch eine einzigartige Kombination von Quantentechnologien aus, die den schnellsten Weg zu Quantenprozessoren mit tausenden von Qubits eröffnet, und schafft damit die notwendige Voraussetzung für einen industrierelevanten Quantenvorteil. planqc wurde im April 2022 von Alexander Glätzle, Sebastian Blatt, Johannes Zeiher, Lukas Reichsöllner zusammen mit Ann-Kristin Achleitner und Markus Wagner und den wissenschaftlichen Beratern Immanuel Bloch und Ignacio Cirac gegründet. planqc hat seinen Sitz in Garching bei München. https://www.planqc.eu

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