Quantencomputing am Forschungszentrum Jülich

Quantencomputing am Forschungszentrum Jülich

Abstract

Quantencomputer sind eine neue Art von Computern, die in Zukunft Aufgaben lösen sollen, die für heutige Supercomputer zu schwierig oder zu langsam sind. Sie könnten große Datenmengen sehr schnell verarbeiten, Verkehrsnetze verbessern oder chemische Prozesse simulieren, um neue Medikamente oder Batterien zu entwickeln. Das Forschungszentrum Jülich arbeitet intensiv daran, diese Technologie Wirklichkeit werden zu lassen. Diese Forschungsarbeit beschreibt die Grundlagen des Quantencomputings, stellt die wichtigsten Projekte in Jülich vor und erklärt, warum diese Forschung für die Zukunft so wichtig ist.

1. Einleitung

Quantencomputer funktionieren anders als normale Computer. Während klassische Computer mit Bits rechnen, die nur den Wert 0 oder 1 annehmen können, arbeiten Quantencomputer mit sogenannten Qubits. Diese Qubits können gleichzeitig 0 und 1 sein – ein Zustand, den man Superposition nennt. Dadurch können Quantencomputer viele Rechenwege gleichzeitig ausprobieren und dadurch manche Probleme viel schneller lösen. Im Forschungszentrum Jülich wird an vielen verschiedenen Aspekten dieser neuen Technik geforscht: an der Physik, an den Materialien, an den Schaltkreisen und an möglichen Anwendungen. Das Ziel ist, Quantencomputer so weiterzuentwickeln, dass sie eines Tages für Forschung, Industrie und Alltag nützlich werden.

2. Theoretischer Hintergrund und Forschungsstand

Die Idee des Quantencomputings beruht auf den Regeln der Quantenmechanik. Diese Regeln gelten für sehr kleine Teilchen wie Elektronen oder Photonen. Durch diese Effekte können Quantencomputer Informationen auf ganz neue Weise speichern und verarbeiten. Zurzeit gibt es viele verschiedene technische Möglichkeiten, Qubits herzustellen. In Jülich wird zum Beispiel an supraleitenden Qubits, Halbleiter-Qubits und Hybrid-Qubits geforscht. Noch ist unklar, welche Methode am besten funktioniert. Ein großes Problem ist, dass Qubits sehr empfindlich sind. Schon kleinste Störungen können Fehler verursachen. Deshalb arbeiten die Forschenden an besseren Fehlerkorrekturmethoden und an einer speziellen Kryoelektronik, die bei extrem niedrigen Temperaturen funktioniert. Diese Temperaturen liegen nahe am absoluten Nullpunkt, also bei minus 273 Grad Celsius.

3. Forschungsfrage und Zielsetzung

Diese Arbeit untersucht, welche Wege das Forschungszentrum Jülich geht, um Quantencomputer zu entwickeln, und wie Zusammenarbeit mit anderen Forschungseinrichtungen und Unternehmen dabei hilft. Das Ziel ist zu zeigen, welche Rolle Jülich in der europäischen Forschung spielt, welche Fortschritte bereits gemacht wurden und welche Herausforderungen noch bestehen.

4. Methodik

Für diese Arbeit wurden Informationen aus wissenschaftlichen Berichten, Projektbeschreibungen und Veröffentlichungen des Forschungszentrums Jülich ausgewertet. Besonders genau betrachtet wurden zwei große Forschungsprojekte: OpenSuperQPlus und QSolid. Beide Projekte zeigen, wie in Jülich Grundlagenforschung, technische Entwicklung und internationale Zusammenarbeit zusammenwirken. Es handelt sich um eine beschreibende Untersuchung, die erklärt, wie die Forschung organisiert ist und welche Ziele sie verfolgt.

5. Ergebnisse

Die Forschenden in Jülich arbeiten an verschiedenen Arten von Qubits, weil noch nicht feststeht, welche Technologie sich am Ende durchsetzen wird. Sie wollen Qubits entwickeln, die stabiler sind und weniger Fehler machen. Dafür braucht man spezielle Steuerungssysteme, die in sehr kalter Umgebung funktionieren.

Ein wichtiges Projekt ist OpenSuperQPlus. Hier arbeiten 28 Partner aus zehn europäischen Ländern zusammen, um einen Quantencomputer mit 1000 Qubits zu bauen. Dieser Computer soll für viele verschiedene Aufgaben einsetzbar sein, zum Beispiel in der Chemie, bei Materialforschung oder beim maschinellen Lernen.

Ein weiteres Projekt ist QSolid. Dabei wurde der erste Prototyp eines deutschen Quantencomputers mit besonders hochwertigen Qubits entwickelt. Dieses System soll in den nächsten Jahren weiter ausgebaut und in die Jülicher Quantenplattform JUNIQ integriert werden.

JUNIQ ist eine spezielle Nutzer-Infrastruktur. Sie gibt Forschenden und Unternehmen in ganz Europa Zugang zu verschiedenen Quantencomputern – sowohl zu experimentellen Systemen aus den Jülicher Projekten als auch zu kommerziellen Geräten anderer Firmen. Außerdem gibt es dort Quanten-Emulatoren, mit denen man Quantencomputer auf normalen Supercomputern simulieren kann.

Um die Forschung weiter zu fördern, baut Jülich neue Labore wie das Helmholtz Quantum Center (HQC). Dort arbeiten viele Fachrichtungen eng zusammen. In der Nähe befindet sich der Helmholtz Nano Facility (HNF), wo Bauteile und Chips für Quantencomputer hergestellt werden. Aus der Jülicher Forschung sind auch mehrere Start-ups entstanden, zum Beispiel Qruise und ARQUE Systems, die neue Ideen und Anwendungen aus der Forschung in die Industrie bringen.

6. Interpretation der Ergebnisse

Die Forschung in Jülich zeigt, dass Fortschritt im Quantencomputing nur durch Zusammenarbeit erreicht werden kann. Physiker, Ingenieure, Informatiker und Materialforscher müssen gemeinsam an Lösungen arbeiten. Auch die Kooperation mit europäischen Partnern ist sehr wichtig, um Wissen und Ressourcen zu teilen.

Projekte wie OpenSuperQPlus und QSolid beweisen, dass europäische Zusammenarbeit große technologische Fortschritte möglich macht. Durch JUNIQ wird diese Arbeit noch besser vernetzt, weil Forschende aus ganz Europa dort gemeinsam experimentieren können. Trotzdem gibt es noch große Herausforderungen. Qubits sind immer noch sehr störanfällig, und die Fehlerkorrektur ist technisch kompliziert. Doch die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass Jülich auf dem richtigen Weg ist, um Europa eine führende Rolle im Quantencomputing zu sichern.

7. Schlussfolgerung

Das Forschungszentrum Jülich spielt eine wichtige Rolle in der europäischen Quantenforschung. Mit Projekten wie OpenSuperQPlus und QSolid sowie der Infrastruktur JUNIQ wird der Grundstein gelegt, um in Europa eigene Quantencomputer zu entwickeln. Besonders wichtig ist dabei die Verbindung von Grundlagenforschung, Technologieentwicklung und praktischer Anwendung. Durch neue Labore, internationale Kooperationen und innovative Start-ups zeigt Jülich, wie Wissenschaft und Wirtschaft erfolgreich zusammenarbeiten können. Auch wenn noch viele technische Probleme gelöst werden müssen, zeigen die bisherigen Fortschritte deutlich: Quantencomputer sind keine ferne Zukunftsvision mehr, sondern ein realistisches Ziel, an dem in Jülich schon heute intensiv gearbeitet wird.

8. Autorenschaft

• Siehe Versionsgeschichte

scientia.wiki-Brainstorming

• Folgt noch …

Siehe auch

• Wikipedia:de:Quantencomputer
• Quanteninternet

Quelle im Internet

• Quantencomputer | Forschungszentrum Jülich, 18. Juni 2025.