Ein Besuch bei Europas schnellstem Quantencomputer – in Jülich

Quantencomputer arbeiten nach einem völlig anderen Prinzip als gewöhnliche Computer

Im Forschungszentrum Jülich steht der leistungsfähigste und schnellste Quantencomputer Europas. Er kann komplexe Rechenaufgaben in kürzester Zeit lösen – und hebt die Forschung auf ein neues Level. Ich war neugierig – und habe mir den Quantencomputer angeschaut.

Einer der schnellsten Quantencomputer der Welt steht jetzt im Forschungszentrum Jülich. Als ich davon erfahren habe, gab es für mich nur einen Impuls: „Den musst Du Dir anschauen“.

Denn so ein Quantencomputer ist ein wahres Wunderwerk der Ingenieurskunst. Wer sich mit den technischen Konzepten hinter so einem Quantencomputer beschäftigt, kann nur staunen, was heute alles möglich ist. Quantencomputer funktionieren aber nicht nur in punkto Hardware ganz anders als “klassische” Computer, sondern auch in der Art und Weise, wie man sie nutzt. Zumindest die Art von Quantencomputer, die in Jülich steht.

Technisch extrem aufwändig, so etwas aufzubauen und zu realisieren: Das Innenleben muss auf den absoluten Nullpunkt (-273 Grad Celsius) heruntergekühlt werden. Anders als bei anderen Computern aber nicht, weil sich die Anlage beim Rechnen erhitzt, sondern weil die Atome im Inneren des Kerns zum Stillstand kommen müssen. Denn es sind die Atome, die beim Rechnen helfen.

Vor allem Klimamodelle lassen sich in einem Quantencomputer besonders schnell und effektiv durchrechnen

Vor allem Klimamodelle lassen sich in einem Quantencomputer besonders schnell und effektiv durchrechnen

Sensibel: Erschütterungsfreier Untergrund erforderlich

In Jülich haben sie ein eigenes Gebäude dafür gebaut. Denn das Fundament muss solide sein: Jede noch so geringe Erschütterung führt unweigerlich zu Rechenfehlern. Deshalb muss die Millionen Euro teure Anlage auf erschütterungsfreiem Grund stehen. Doch wen man drin ist in dem Raum, in dem die Anlage steht, hört man nur ein dröhnendes Rauschen – viel mehr nicht. Weniger laut als ein übliches Rechenzentrum – und nichts deutet darauf hin, dass diese Maschine millionenfach schneller rechnet als andere Computer.

Die Physikerin Prof. Kristel Michielsen hat mir die Anlage gezeigt. Sie leitet das Projekt und ist sichtlich stolz auf die Neuanschaffung. Als ich sie frage, ob der „Juniq“ – so heißt die Anlage in Jülich – mich in „Tic Tac Toe“ schlagen kann, lacht sie nur laut und sagt: „Diese Maschine spielt kein Tic Tac Toe“. Nicht nur, weil der Quantencomputer in Jülich dafür viel zu teuer ist, sondern auch, weil die Maschine für ganz andere Aufgaben entwickelt wurde.

Es gibt bislang nur zwei Anlagen dieser Art vom kanadischen Hersteller D-Wave. Der Quantencomputer in Jülich ist einer der schnellsten seiner Art. Er kann vor allem Optimierungsaufgaben lösen: Fahrtpläne der Bahn optimieren, ökonomische Prozesse durchspielen, Klimamodelle kalkulieren oder die Wirkung pharmazeutischer Wirkstoffe simulieren. Und das so schnell, dass jeder Supercomputer alt aussieht.

So ein Quantencomputer – man verzeihe mir das unvermeidliche Wortspiel – ist ein Quantensprung in der Computerei. Quantencomputer heben die Möglichkeiten, etwa bei der Künstlichen Intelligenz (KI), auf ein völlig neues Level.

Qubits statt Bits

Denn Quantencomputer arbeiten völlig anders als herkömmliche Computer, wie wir sie bislang kennen. Quantencomputer arbeiten so extrem schnell, weil sie Tausende Aufgaben gleichzeitig bearbeiten können. Wenn sich zum Beispiel 100 Lösungen für ein Problem anbieten, kann ein Quantencomputer sie alle gleichzeitig durchspielen und findet so viel schneller die beste Lösung.

Quantencomputer verwenden Bits und kennen nur 1 und 0. Strom an oder Strom aus. Quantencomputer hingegen arbeiten mit Quanten-Bits, kurz Qubits. So ein Qubit kann 1 oder 0, aber auch 1 und 0 gleichzeitig oder alles dazwischen sein. Also 80% ja und 20% nein, zum Beispiel. Ein völliges neues Prinzip. Mit 5000 Qubits ist der Juniq in Jülich üppig ausgerüstet.

Er hat seine Arbeit aufgenommen und wird für Forschungszwecke, aber auch für andere Aufgaben eingesetzt. Wer mit Juniq Probleme beackern möchte, muss erst mal einen Antrag stellen: Eine Kommission entscheidet, ob die Maschine dafür hergegeben wird – und ob es überhaupt eine Aufgabe ist, für die Juniq geeignet ist.

Der Juniq in Jülich kommt von Hersteller D-Wave

Der Juniq in Jülich kommt von Hersteller D-Wave

„Juniq“ erwartet eine spezielle Programmierung

Wer selbst über Programmierkenntnisse verfügt, etwa Basic, Pascal, C++ oder PHP beherrscht, darf sich bei Juniq keine Hoffnung darauf machen, von Juniq verstanden zu werden. So ein Quantencomputer wird aufgrund seiner Beschaffenheit völlig anders programmiert. Probleme müssen in mathematische Aufgaben runtergebrochen werden. Es ist eine völlig andere Herangehensweise erforderlich. Aber wer das beherrscht – wie das Team in Jülich –, darf mit deutlich schnelleren Ergebnissen rechnen.

So ein Quantencomputer stellt potenziell aber durchaus auch eine Bedrohung dar. Beispiel: Verschlüsselung wie wir sie heute kennen, um unsere Chats, Dokumente oder Kommunikation abzusichern, ließe sich in einem Quantencomputer knacken. Da wo Supercomputer Monate bräuchten, hätte ein Quantencomputer in Sekunden das Ergebnis. Neue Möglichkeiten bedeuten auch neue Herausforderungen. Verschlüsselung muss in Zukunft zum Beispiel anders aussehen, wenn sie wirklich sicher sein soll.

All das macht eins klar: In Jülich ist ein neues Zeitalter angebrochen – und es ist gut, dass wir in Deutschland Erfahrungen und Erkenntnisse sammeln können.

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