Startseite > Halbleiter > Prototyp des 10-Qubit-Demonstrators

Quantencomputer-Projekt »QSolid«

Prototyp des 10-Qubit-Demonstrators

29. Juli 2024, 8:55 Uhr | Heinz Arnold

In Kürze wird der Prototyp des »QSolid«-Halbzeit-Demonstrators mit 10 Qubits, geringen Fehlerraten, integriertem Softwarestack und Cloud-Anwenderzugriff in Betrieb gehen. Bis 2026 könnten bis zu 30 Qubits realisiert werden.

▶ Diesen Artikel anhören

Der im »QSolid«-Projekt entwickelte Quantencomputer ist auf gutem Weg: Zur Halbzeit wird ein erster Prototyp mit 10 Qubits in Betrieb gehen. Bis 2026 könnten bis zu 30 Qubits realisiert werden.

Der erste 10-Qubit-Prototyp zeichnet sich durch geringe Fehlerraten und einem integrierten Software-Stack aus. Über die Quantencomputer-Infrastruktur JUNIQ am Forschungszentrum Jülich können Nutzerinnen und Nutzer dann die Rechenleistung abrufen.

Seit Januar 2022 arbeitet »QSolid« an einem hochwertigen Quantencomputer »Made in Germany«, der auf supraleitenden Quantenchips basiert. Nach 30 Monaten Projektlaufzeit hat das Großprojekt unter Federführung von Prof. Frank Wilhelm-Mauch vom Forschungszentrum Jülich die Halbzeit erreicht. In der ersten Projekthälfte konnte das über 160 Personen starke Team aus 25 Partnerinstitutionen, darunter ParTec, Schlüsseltechnologien für einen ersten 10-Qubit-Prototyp des finalen Demonstrators entwickeln. Damit wurde die Basis geschaffen für die Implementierung, Weiterentwicklung und Skalierung des Systems in der verbleibenden Projektlaufzeit bis Dezember 2026.

Der Fokus von »QSolid« liegt auf Qubits hoher Qualität, die eine geringe Fehlerrate aufweisen. Die Fehleranfälligkeit der Qubits gilt aktuell als eine der größten Herausforderungen in der Quantencomputer-Entwicklung. Vorgesehen ist ein System, das verschiedene Quantenprozessoren enthält, die auf supraleitenden Schaltkreisen der nächsten Generation mit reduzierter Fehlerrate beruhen.

Der Fokus von ParTec liegt insbesondere auf der Integration des Quantencomputers als neues Modul in einen Supercomputer und dessen enge Kopplung mit anderen Modulen wie CPU-Systemen und beschleunigerbasierten Booster-Systemen. Zum Einsatz kommt dabei auch die von ParTec entwickelte ParaStation Modulo Software, die eine einzige einheitliche Ausführungsumgebung und Ressourcenverwaltung für hybride Workflows bietet und sowohl klassische HPC-Elemente als auch QC-Elemente umfasst. Sie wird im Zuge des Projekts erweitert.

Meilensteine konnten erreicht werden

Zur Projekthalbzeit haben fast alle Partner ihre individuellen Meilensteine erreicht, wodurch bereits größere Subsysteme für die Verkabelung, Elektronik und Software entwickelt und am zentralen System installiert werden konnten. Als Gesamtmeilenstein wird in Kürze ein erster Prototyp des »QSolid«-Halbzeit-Demonstrators mit 10 Qubits, geringen Fehlerraten, integriertem Softwarestack und Cloud-Anwenderzugriff in Betrieb gehen. Kernstück des Prototyps sind Quantenprozessoren, die bereits mit guter Leistungsfähigkeit aufwarten und derzeit von den Systemingenieuren integriert werden. Zeitgleich kalibriert das Projektteam momentan die insgesamt zwei parallel entwickelten Systeme und verpasst ihnen damit den letzten Feinschliff zur Projekthalbzeit.

Perspektivisch 30 Qubits

Der 10-Qubit-Prototyp ist nur ein erster Zwischenschritt hin zu einer höheren Skalierung. Zum Projektende im Dezember 2026 soll das System so weiterentwickelt werden, dass es bestenfalls 30 Qubits bei größtmöglicher Fehlerkorrektur kontrollieren kann, wobei das Team bereits erste Vorarbeiten für diese zweite Projektphase geleistet hat.

»Die letzten zweieinhalb Jahre haben wir Kapazitäten und ein Ökosystem aufgebaut. Das Team konnte trotz einiger Herausforderungen nahezu alle gesetzten Zwischenziele erreichen und ein System mit vielversprechenden Leistungswerten auf den Weg bringen. Während wir noch letzte Teilsysteme integrieren und aussteuern, arbeiten wir parallel bereits an der Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Prototyps, der komplexe Rechenoperationen für Anwendungen in der Industrie und Wissenschaft bewältigen soll, sagt Projektkoordinator Prof. Frank Wilhelm-Mauch.