Quantencomputer Euro-Q-Exa in Garching startet: Superhirn für Forschung und Verkehr
Die Rechenleistung moderner Supercomputer ist gewaltig, doch selbst diese technischen Giganten stoßen bei extrem komplexen Aufgaben an ihre Grenzen. Quantencomputer als völlig neue Generation von Rechenmaschinen versprechen hier Abhilfe. In Deutschland macht diese Zukunftstechnologie nun einen bedeutenden Schritt nach vorn.
Offizielle Inbetriebnahme am Leibniz-Rechenzentrum
Am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften in Garching bei München wird der Quantencomputer Euro-Q-Exa offiziell in Betrieb genommen. Das europäische Projekt soll Deutschland und Europa eine Spitzenposition in dieser Schlüsseltechnologie sichern und als Beschleuniger für klassische Supercomputer fungieren.
Integration in bestehende Supercomputer-Infrastruktur
Das Besondere am System in Garching ist die direkte Integration in den dortigen Supercomputer SuperMUC-NG. Statt den Quantencomputer isoliert arbeiten zu lassen, übernimmt der neue Quantenrechner extrem komplexe Teilaufgaben, während der klassische Supercomputer die übrige Datenverarbeitung steuert. Diese Hybrid-Architektur ermöglicht völlig neue Anwendungsmöglichkeiten.
Technische Herausforderungen und Herkunft
Der Betrieb des Quantencomputers Euro-Q-Exa stellt enorme technische Anforderungen. Das System auf Basis supraleitender Qubits muss auf minus 273 Grad gekühlt werden – eine Temperatur, die nahe dem absoluten Nullpunkt liegt. Dennoch überrascht der Strombedarf: Er ist geringer als der des angeschlossenen Supercomputers SuperMUC-NG.
Während die USA weltweit führend in der Quantencomputer-Entwicklung sind und China mit massiven staatlichen Investitionen aufholt, stammt die Anlage in Garching aus Finnland. Das Unternehmen IQM, das den Quantencomputer am LRZ gebaut hat, ist eine finnisch-deutsche Ausgründung der Aalto-Universität. Zur Eröffnung hat sich daher auch EU-Vizepräsidentin Henna Virkkunen angesagt, die aus Finnland stammt und für Technologie zuständig ist.
Fundamentale Unterschiede in der Datenverarbeitung
Der grundlegende Unterschied zwischen klassischen Supercomputern und Quantenrechnern liegt in der Art der Datenverarbeitung. Während herkömmliche Systeme Informationen nacheinander als eindeutige Bits (0 oder 1) verarbeiten, nutzen Quantencomputer Qubits, die dank quantenphysikalischer Gesetze viele Zustände gleichzeitig einnehmen können.
Dadurch muss der Quantenrechner komplexe Lösungswege nicht einzeln ausprobieren, sondern kann riesige Datenmengen simultan durchsuchen, um optimale Antworten fast augenblicklich zu finden. In der Praxis fungiert der Quantencomputer daher nicht als Ersatz, sondern als hoch spezialisierter Beschleuniger für Aufgaben, an denen herkömmliche Supercomputer aufgrund ihrer mathematischen Komplexität scheitern.
Praktische Anwendungsbereiche
Die möglichen Anwendungen der Hybridanlage sind vielfältig und vielversprechend. In der Chemie- und Pharmaforschung könnte mit Hilfe des Systems eine Art digitales Reagenzglas entstehen. Da Moleküle selbst Quantenobjekte sind, können sie von der Anlage viel naturgetreuer simuliert werden als von herkömmlichen Rechnern.
Konkrete Einsatzgebiete umfassen:
- Batterieforschung für leistungsfähigere Energiespeicher
- Beschleunigte Wirkstoffsuche in der Pharmaindustrie
- Simulation von Medikamenten-Wirkmechanismen an Virusproteinen
- Flugplanmanagement zur Vermeidung von Massenverspätungen
- Optimierung autonomer Fahrzeugrouten zur Stauvermeidung
In Garching arbeitet man an neuartigen Konzepten für das Flugplanmanagement, die massive Verspätungen durch Unwetter verhindern sollen. Hunderte Flugzeuge und Crews könnten so umgeleitet werden, dass der Betrieb am effizientesten weiterläuft. Forschungsgegenstand ist auch das autonome Fahren, bei dem Tausende von Routen in Echtzeit optimiert werden sollen, um Staus in Städten wie München komplett zu verhindern.
Sicherheitsaspekte und Verschlüsselung
In der Fachwelt wird das Thema Verschlüsselung und Quantentechnik intensiv diskutiert. Perspektivisch werden Quantencomputer irgendwann in der Lage sein, derzeit eingesetzte Verschlüsselungsverfahren – etwa beim Homebanking oder bei Kryptowährungen wie Bitcoin – zu knacken, wenn diese bis dahin nicht verbessert werden.
Doch für derartige Anwendungen reicht die Rechenleistung der Anlage in Garching bei weitem nicht aus. Der Rechner in Bayern hat zum Start zunächst 53 Qubits und wird zum Jahresende nochmals um ein Element von bis zu 150 Qubits erweitert. Um einen heute üblichen RSA-2048-Schlüssel, wie er beim Homebanking eingesetzt wird, zu knacken, würden nach Schätzungen von Forschern etwa 20 Millionen Qubits benötigt.
Beim Bitcoin-Verfahren ECDSA bräuchte ein Quantencomputer nach Berechnungen von Forschern der University of Sussex in Großbritannien mindestens 317 Millionen physische Qubits, um einen privaten Schlüssel innerhalb einer Stunde zu errechnen. Der Quantencomputer in Garching wird vorwiegend von Wissenschaftlern genutzt und dient der Forschung, nicht der Kryptographie.
Die Inbetriebnahme des Euro-Q-Exa markiert einen wichtigen Meilenstein für die deutsche und europäische Spitzenforschung. Das System wird nicht nur wissenschaftliche Durchbrüche beschleunigen, sondern auch praktische Lösungen für Verkehrsprobleme und medizinische Herausforderungen entwickeln helfen.
