Europas schnellster Quantencomputer

Ob Big-Data-Analysen oder Kryptografie – der Bedarf an massiver Rechenleistung wächst explosionsartig. Konventionelle Computer halten mit den steigenden Anforderungen jedoch nur schwer Schritt. Abhilfe schaffen soll die Quantenphysik – genauer gesagt Quantencomputer. Das Forschungszentrum Jülich hat im Rahmen der Jülicher Nutzer-Infrastruktur für Quantencomputing (JUNIQ) den derzeit schnellsten Quantencomputer ausserhalb Nordamerikas in Betrieb genommen.

Quantencomputer funktionieren völlig anders als herkömmliche Rechner: Klassische Computer arbeiten mit binären Bits, die nur die Werte 0 und 1 annehmen. Ein Quantenrechner nutzt Quantenbits (Qubits). Sie können nicht nur die Werte 0 und 1 annehmen, sondern beliebige Kombinationen aus beidem. So werden viele Rechenwege gleichzeitig durchlaufen. Wenn man zum Beispiel 1000 Lösungswege für ein Problem hat, dann spielt sie ein Quantencomputer alle gleichzeitig durch und findet viel schneller die beste Lösung. Der neuste Quantenrechner in Jülich verfügt über eine Rechenleistung von mehr als 5000 Quantenbits. Zur Veranschaulichung: Bereits mehrere Hundert Qubits können mehr Werte aufnehmen, als es Atome im Universum gibt.

Der Rechner des kanadischen Herstellers D-Wave ist ein sogenannter Quanten-Annealer. Diese Art von Quantensystemen ist besonders geeignet für die Lösung schwieriger Optimierungsprobleme und vor allem auch für die Industrie von grossem Interesse – zum Beispiel für die effiziente Steuerung von Verkehrsflüssen oder das Training neuronaler Netze für Anwendungen der künstlichen Intelligenz. Das Bild zeigt einen D-Wave-Chip in Nahaufnahme.

Die Anforderungen an den Betrieb eines Quantensystems sind enorm. Es arbeitet nur, wenn sein Innenleben bis auf den absoluten Nullpunkt von -273,5 Grad heruntergekühlt wird. Hierfür kommen sogenannte Kryostate zum Einsatz (siehe Bild). Der Grund für die Kühlung: Die Atome im Innern müssen nahezu zum Stillstand kommen. So wird das System supraleitend, das bedeutet, es setzt elektrischem Strom ­keinen Widerstand mehr entgegen.

Quantensysteme benötigen einen vibrationsfreien Standort. Das Gebäude des JUNIQ verfügt daher über spezielle Schwingungsfundamente, um Erschütterungen abzufedern.

Dieser Artikel ist im Rahmen der «Top 500»-Sonderausgabe von Computerworld erschienen. Das Heft einschliesslich Ranking lässt sich auf dieser Seite bestellen.