Science
29.10.2018

OpenSuperQ: Europa baut einen Quantencomputer

Europäische Forscher wollen im weltweiten Wettlauf um extrem hochleistungsfähige Quantencomputer mitmischen.

Es ist ein Wettlauf um den schnellsten Computer der Zukunft. Um einen Computer, der die Informationstechnik revolutioniert - und der in Nullkommanix Probleme lösen kann, die heutige Rechner an ihre Grenze bringen: den Quantencomputer. Jetzt wollen europäische Forscher im globalen Rennen um die Super-Hochleister die Nase vorn haben: Am Montag fiel der Startschuss für ein Forschungsprojekt zum Bau eines europäischen Quantencomputers: Zehn Partner aus Wissenschaft und Industrie sollen in den nächsten drei Jahren den „OpenSuperQ“ bauen.

Es werde europaweit der erste Quantencomputer auf diesem Level sein und unter vergleichbaren Systemen weltweit führend, sagt der Koordinator des Projekts, Physik-Professor Frank Wilhelm-Mauch, an der Universität des Saarlandes in Saarbrücken. Für den Prototypen, der am Forschungszentrum Jülich (Nordrhein-Westfalen) stehen werde, sei „eine exzellente Auswahl der besten Forscher“ aus Deutschland, Spanien, Schweden, der Schweiz und Finnland ins Boot geholt worden.

Milliardenprogramm

Das Projekt ist Teil eines eine Milliarde Euro schweren EU-Flaggschiffprogramms zur Erforschung von Quantentechnologien, das am Montag in Wien vorgestellt wurde. Ziel des „Quantum Flagships“ ist laut EU-Kommission, die europäische Forschung auf dem Gebiet zu stärken und auszubauen. Mehr als 5000 Forscher seien insgesamt daran beteiligt. Für den Quantencomputer, der unter der Koordination von Wilhelm-Mauch entsteht, stehen in den ersten drei Jahren gut zehn Millionen Euro bereit.

„Es ist wichtig, dass wir jetzt die Chance haben, unsere Theorien tatsächlich umsetzen zu können“, sagt Wilhelm-Mauch (47). Die Quantentechnologie stehe heute an der Schwelle zum Durchbruch in den technologischen Alltag. Sie seien schneller als normale Computer, weil sie Rechenschritte parallel und nicht nacheinander abarbeiteten. Der Quantencomputer solle am Ende 100 Qubits (Quantenbits) haben und über eine Open-Source-Software in der Cloud jedem zur Nutzung offen stehen. „Es soll eine Plattform sein, wo man dann mit kurzen Anträgen Zeit zum Rechnen auf dem Computer beantragen kann.“

Gekühlt

Der Computer solle vor allem die Simulation von Abläufen in Chemie und Materialwissenschaft sowie das maschinelle Lernen in der Künstlichen Intelligenz beschleunigen, sagt Wilhelm-Mauch, Professor für Quanten- und Festkörpertheorie. Mit einem Quantencomputer könne man beispielsweise Moleküle simulieren - möglicherweise eines Tages auch das Molekül Nitrogenase. Wenn dies gelänge, könnte man Stickstoffdünger bei Raumtemperaturen statt unter großer Hitze herstellen und zwei Prozent der globalen CO2-Emissionen einsparen. „Das wäre eine Sensation. Aber das ist nichts für unsere Generation.“

Wie das Teil aussehen wird? Wie ein großer Zylinder, so drei bis vier Meter hoch mit einem Durchmesser von 1,5 Metern. Die Außenhülle sei wie bei einer „Thermoskanne“, in der innen eine Kältemaschine sitzt. Denn der Chip ist ein sogenannter supraleitender Schaltkreis, dessen Metalle aber erst supraleitfähig werden, wenn sie auf minus 273 Grad Celsius runtergekühlt werden. Der Chip werde in der Maschine in der Mitte sitzen - mit Hunderten von Baulementen herum, sagt der Experte der Saarbrücker Uni.

Internationaler Wettlauf

An Quantencomputern wird weltweit getüftelt. Vor allem in den USA hätten Forscher „das Umschalten von Grundlagenforschung auf den Bau eines Apparates“ ein paar Jahre vor Europa gemacht. „Die sind in
einem langen Projekt, was mehreren Runden hat, einfach früher gestartet. Aber ich glaube, wir haben eine gute Position“, sagt der Physiker. Die Zahl der Qubits sei letztlich nicht das, was alleine entscheidend sei. „Es kommt darauf an, die Qualität hoch zu haben - mit schneller Verarbeitung und geringer Fehlerzahl.“ Für die EU-Kommission ist das Flaggschiff-Programm eine „beispiellose Initiative“. Es handele sich um „eines der größten und
ehrgeizigsten Forschungsprogramme“ der Europäischen Union. Es habe eine Laufzeit von zehn Jahren. In der ersten Phase werden 20 Vorhaben gefördert.

Die Quantencomputer könnten aber nicht nur Datenbanken turboschnell durchsuchen oder Verkehrsströme berechnen. Sie könnten auch Kryptographie, also verschlüsselte Informationen, knacken. „Wenn man eine Million Qubits hat, kann man die aktuelle Internet-Kryptografie brechen“, sagt Wilhelm-Mauch. Das werde aber erstens noch sehr lange dauern. Und zweitens werde bereits längst an quantensichereren Verfahren gearbeitet. „Der Quantencomputer ist also nicht die Atombombe des Informationszeitalters, der alles unsicher macht.“