EPIQ: Ein Quanten-Supercomputer made in NRW
Das Jülich Supercomputing Centre (JSC) am Forschungszentrum Jülich und das Siegener Start-up eleQtron bauen gemeinsam einen weltweit einzigartigen modularen Superrechner, der aus einem Quantenmodul und einem klassischen digitalen Modul besteht. Der Name des Projekts ist „Entwicklungspartnerschaft Ionenfallen-Quantencomputer in NRW“, oder kurz EPIQ. eleQtron entwickelt dafür einen Ionenfallen-Quantencomputer, dessen Qubits mit Hilfe einer revolutionären Mikrowellen-Steuerung rechnen, welche an der Universität Siegen erfunden wurde. Ermöglicht wird das Projekt durch die am Forschungszentrum entwickelte dynamische modulare Integrationstechnologie. Das Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen fördert EPIQ, das aus dem Netzwerk „EIN Quantum NRW“ entstanden ist, für eine Laufzeit von 4,5 Jahren mit etwa 21 Millionen Euro. (Quelle: Forschungszentrum Jülich – Pressemitteilungen)
In der EPIQ Entwicklungspartnerschaft soll ab Ende 2024 das eleQtron Quantencomputer-Pilotsystem mit bis zu 30 Ionenfallen-Qubits aufgebaut werden, das anschließend in die Jülicher Nutzer-Infrastruktur für Quantencomputing JUNIQ integriert wird. Ab 2025 steht es laut Plan dann Anwenderinnen und Anwendern zur Verfügung – im hybriden High-Performance- und Quantencomputing (HPC-QC) Modus.
„Die Integration des eleQtron-Systems kann bereits heute vom breiten Nutzerportfolio der JUNIQ-Plattform profitieren“, erklärt Projektleiterin Kristel Michielsen. „JUNIQ bietet dabei die einzigartige Möglichkeit, verschiedene Quantencomputersysteme und Konzepte auf einer Plattform miteinander zu vergleichen. Der eleQtron-Quantencomputer wird als Referenz für die Einordnung anderer Systeme dienen.“
In einem zweiten Schritt wird das Pilotsystem zum serienreifen gatterbasierten Quantencomputer mit bis zu 60 Qubits entwickelt, in die HPC-Systeme des JSC integriert, und wird ab 2026 in JUNIQ im hybriden Modus eingesetzt. Gatterbasierte Quantencomputer verwenden – daher der Name – eine Folge von Quantengattern, um den Zustand von Qubits zu manipulieren und so Quantenberechnungen durchzuführen. Sie lassen sich für ein breiteres Spektrum an Problemen einsetzen als Quanten-Annealer und sind somit vielseitiger. Das System ist der erste gatterbasierte Quantencomputer, der am Standort Forschungszentrum Jülich in den wissenschaftlichen Anwendungsbetrieb gehen wird.
Anwendungsfelder des Systems werden zum einen Optimierungsaufgaben sein, in unterschiedlichen industriellen Bereichen wie Logistik, Verkehrsoptimierung und Verfahrenstechnik. In den Grundlagenwissenschaften Physik und Chemie, Biologie und Medizin sowie Materialforschung findet der Quantenrechner ebenfalls Anwendung. Vielversprechende Einsatzfelder sind darüber hinaus auch Maschinelles Lernen und Training von Modellen der Künstlichen Intelligenz.
Ionen wie an einer Perlenkette
Im Zusammenspiel zwischen den traditionellen digitalen Hochleistungsrechnern und den aufkommenden Quantencomputern wird global ein erhebliches Innovationspotenzial gesehen. „Das Jülich Supercomputing Centre ist zusammen mit dem Münchner Unternehmen ParTec Vorreiter im vernetzten Betrieb unterschiedlicher Höchstleistungs-Rechensysteme“, erklärt Thomas Lippert, Leiter des JSC. „Wir sind führend in der Entwicklung von modularen Integrationstechnologien, die für die Kopplung zukünftiger Quantencomputer benötigt werden, und wir entwickeln hybride Quanten-HPC-Algorithmen.“
Partner von Jülich ist das Start-up eleQtron. Die Siegener Firma ist weltweit führend im Design von Quantencomputern auf Ionenfallen-Basis. Bei dieser Art von Quantenrechnern bestehen die Qubits aus Ionen in Ionenfallen. „Dabei werden einzelne Ionen durch elektromagnetische Felder im Vakuum wie an einer Perlenkette aufgereiht“, erklärt Jan Leisse, Mitgründer und CEO von eleQtron. „Sie sind vollständig gekoppelt – also wechselwirken alle miteinander – und können über unsere einzigartige Mikrowellensteuerung kontrolliert werden.“ Anders als supraleitende Qubits müssen Ionenfallen nicht so stark gekühlt werden. Das macht es einfacher, auch größere Quantenprozessoren mit sehr vielen Qubits auf der nötigen Temperatur zu halten.
FZJ/R. Panknin, 25.03.2024
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EPIQ: Ein Quanten-Supercomputer made in NRW
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Helmholtz Information, Programm 1: Engineering Digital Futures, Topic 1: Enabling Computational- & Data-Intensive Science and Engineering
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Kontakt:
Prof. Dr. Kristel Michielsen
Institute for Advanced Simulation (IAS)
Jülich Supercomputing Centre (JSC)
Forschungszentrum Jülich
Tel.: +49 2461/61-2524
E-Mail: k.michielsen@fz-juelich.de
Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert
Leiter des Jülich Supercomputing Centre und Direktor am Institute for Advanced Simulation
Forschungszentrum Jülich
Tel.: +49 2461/61-6402
E-Mail: th.lippert@fz-juelich.de
Kontakt für diese Presseinformation:
Dr. Regine Panknin
Pressereferentin
Forschungszentrum Jülich
Tel.: +49 2461 61-9054
E-Mail: r.panknin@fz-juelich.de
