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17:41 29.10.2018
Hochleistung vor dem „Quantensprung“: Eine Einheit des Hochleistungsrechners „Janus“ ist an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg zu sehen. Quelle: Jan Woitas/dpa-Zentralbild
Saarbrücken/Wien

Ein digitaler Assistent, der Ärzten hilft, Diagnosen zu stellen und die vielversprechendste Therapie vorschlägt. Oder ein System, das zeitgleich die Routen aller Autos in einer Stadt so abstimmt, dass Stau vermieden wird und die Schadstoffbelastung sinkt. Es klingt nach Zukunftsvisionen, was Forscher mit Hilfe der Quantentechnologie vor haben. Geht es nach ihnen steht die Technik, die sich Eigenschaften der Quantenmechanik zunutze macht, an der Schwelle zum Durchbruch.

Auf der ganzen Welt hat das Rennen um ultraschnelle Computer mit kaum vorstellbarer Rechenleistung bereits begonnen. Jetzt wollen auch die Europäer mitmischen. Am Montag fiel der Startschuss für ein Forschungsprojekt zum Bau eines europäischen Quantencomputers. Zehn Partner aus Wissenschaft und Industrie wollen in den nächsten drei Jahren den „OpenSuperQ“ bauen.

Quantencomputer entsteht in Nordrhein-Westfalen

Dieser Quantencomputer werde europaweit der erste auf diesem Level sein und unter vergleichbaren Systemen weltweit führend, sagt Physik-Professor Frank Wilhelm-Mauch von der Universität des Saarlandes in Saarbrücken. Der 47-Jährige ist Koordinator des Projekts. „Es ist wichtig, dass wir jetzt die Chance haben, unsere Theorien tatsächlich umsetzen zu können“, beschreibt er. An dem Prototypen, der am Forschungszentrum Jülich in Nordrhein-Westfalen stehen werde, werden Forscher aus Deutschland, Spanien, Schweden, der Schweiz und Finnland arbeiten.

Warum der Aufwand? Quantencomputer könnten Probleme lösen, die herkömmliche Rechner an ihre Grenze brächten. Das liege daran, dass Quantencomputer anders rechnen, erklärt Wilhelm-Mauch: Statt wie normale Computer Rechenschritte Bit für Bit nacheinander abzuarbeiten, könnten Quantencomputer Operationen parallel verarbeiten und seien so ungleich schneller. Die Quantenwelt macht es möglich, dass sich Operationen nicht auf eine Kette von Nullen und Eins – Strom an oder aus – beschränken müssen. Die Quanten- oder Qubits in der Quantenwelt können auch andere Werte dazwischen annehmen und miteinander verschränkt werden. Das könnte die Informationstechnik revolutionieren.

Physik-Professor Frank Wilhelm-Mauch, hier an an seinem Schreibtisch an der Universität des Saarlandes, koordiniert das Projekt, das den europäischen Quantencomputer baut. Quelle: Oliver Dietze/dpa

Der Quantencomputer, den Wilhelm-Mauch und sein Team bauen wollen, soll über 100 dieser Qubits verfügen. Über eine Open-Source-Software und eine Cloud soll er jedem zur Nutzung offen stehen. „Es soll eine Plattform sein, wo man dann mit kurzen Anträgen Zeit zum Rechnen auf dem Computer beantragen kann“, erklärt Wilhelm-Mauch die Pläne.

Rechenintensive Prozesse werden beschleunigt

Vor allem könne der Computer genutzt werden, um Abläufe in der Chemie und Materialwissenschaft simulieren. Auch das maschinelle Lernen in der Künstlichen Intelligenz könnte durch ihn beschleunigt werden, erklärt der Professor für Quanten- und Festkörpertheorie.

Ebenso könnten Datenbanken schneller als bisher durchsucht oder Verkehrsströme berechnet werden. Laut Wilhelm-Mauch könnten sie auch verschlüsselte Informationen knacken. „Wenn man eine Million Qubits hat, kann man die aktuelle Internet-Kryptografie brechen“, erklärt er. 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.“

Minus 273 Grad Celsius bringen Rechner auf Touren

Wie sieht so ein Supercomputer aus? Ein bisschen wie eine überdimensionierte Thermoskanne: Wilhelm-Mauch beschreibt ihn als einen großen Zylinder mit einem Durchmesser von anderthalb Metern. Drei bis vier Meter soll er hoch sein. Außen verfüge er über isolierende Hülle, innen sitze neben Hunderten von Baulementen auch eine Kältemaschine. Die kühlt das Herzstück, den Chip des Rechners. Der muss minus 273 Grad Celsius runtergekühlt werden, damit die in ihm verbauten Metalle supraleitfähig werden.

An Quantencomputern wird weltweit getüftelt. In den USA etwa haben Forscher, so der Experte weiter, den Schritt von der Grundlagenforschung zum Bau eines Apparates schon vor ein paar Jahren gemacht. „Die sind in einem langen Projekt, was mehrere Runden hat, einfach früher gestartet. Aber ich glaube, wir haben eine gute Position“, sagt Wilhelm-Mauch. Zudem sei allein die Zahl an Qubits nicht allein entscheidend, auch eine schnelle Verarbeitung und eine geringe Fehlerzahl

EU investiert eine Milliarde in Quantentechnologien

Das Projekt ist Teil 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 diesem Gebiet zu stärken und auszubauen. Eine Milliarde Euro stellt die EU für „eines der größten und ehrgeizigsten Forschungsprogramme“ bereit.

Das habe eine Laufzeit von zehn Jahren. Mehr als 5000 Forscher seien daran beteiligt. In der ersten Phase werden 20 Vorhaben gefördert. Für Wilhelm-Mauchs Quantencomputer stehen in den ersten drei Jahren gut zehn Millionen Euro bereit.

Von RND/nie/dpa

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