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Uni Mainz baut Quantencomputer

Im Quantencomputer-Labor der JGU hat Prof. Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler (Mitte) Ministerpräsidentin Malu Dreyer und Präsident Prof. Dr. Georg Krausch ein System von Präzisionslasern erläutert, das zur Steuerung eines Quantencomputers verwendet wird.

Einen weiteren Quantencomputer zu bauen, diesen mit dem bereits bestehenden Supercomputer MOGON II zu verbinden und ihn damit für Anwender nutzbar zu machen – dieses Ziel hat sich die Universität Mainz (JGU) im Projekt IQuAn gesteckt – kurz für „Ionen-Quantenprozessor mit HPC-Anbindung“.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt mit rund 10 Mio. Euro. Es ist in diesem Monat gestartet und hat eine Laufzeit von vier Jahren. „Mainz ist durch die Förderung ein wichtiger Punkt auf der Quantencomputing-Landkarte geworden“, sagt Prof. Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler von der JGU, der das Projekt koordiniert und dabei auf jahrzehntelanger Erfahrung im Bereich des Quantencomputings aufbaut.

„Die Förderung durch das BMBF ist eine großartige Anerkennung der Arbeiten zur Entwicklung von Quantencomputern in der Gruppe um Ferdinand Schmidt-Kaler“, sagt der Präsident der JGU, Prof. Dr. Georg Krausch. „Was bislang eher die Autoren von Science-Fiction-Romanen inspiriert hat, soll nun in Mainz Wirklichkeit werden: Ein Quantencomputer wird durch Verbindung mit unserem Hochleistungsrechner für die Anwendung nutzbar gemacht. Das ist ein Meilenstein in der Entwicklung dieser innovativen Technologie. Es erfüllt uns mit Stolz, dass Mainz auch in diesem Technologiefeld ganz vorne mit dabei ist.“ 

Ministerpräsidentin Malu Dreyer zu Besuch
„Neben der Biotechnologie und Künstlichen Intelligenz ist Rheinland-Pfalz in einem weiteren essenziellen Zukunftsthema ganz vorne mit dabei. Quantencomputer sind zentrale Innovationstechnologien für die Zukunft. Das Projekt der Mainzer Universität ist hier ein wesentlicher Baustein und ein Ausweis der herausragenden Forschungsstärke. Diese herausragenden Leistungen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz machen mich sehr stolz“, sagt Ministerpräsidentin Malu Dreyer, die heute die Arbeitsgruppe von Schmidt-Kaler besucht hat. „Die Möglichkeiten der Künstlichen Intelligenz begeistern mich immer wieder und es ist mir sehr wichtig, die mittlerweile 30-jährige KI-Forschungsförderung hier in Rheinland-Pfalz fortzusetzen und weiter voranzubringen. Wir verdoppeln die Investitionen im Bereich KI auf 36 Millionen Euro bis 2023. Unser Ziel ist, technologische Anwendungen zum Nutzen der Menschen weiterzuentwickeln. Das unterstützt die Landesregierung nach Kräften.“ Auf ihrem Rundgang dankte sie Schmidt-Kaler und seinen Kolleginnen und Kollegen. Grundlage für den Erfolg sei das Können der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, so die Ministerpräsidentin. 

Unternehmen und Behörden sollen sich für Rechenzeit einbuchen können
„Das Besondere an unserem Vorhaben ist, dass es extrem fokussiert und zudem äußerst anwendungsorientiert ist“, erläutert Schmidt-Kaler. Anwendungsorientiert heißt in diesem Fall, dass der Quantencomputer an den bereits bestehenden Supercomputer MOGON II des Zentrums für Datenverarbeitung der JGU angebunden werden soll – der Supercomputer soll gewissermaßen mit dem Quantencomputer getunt werden. „Gemeinsam können Quantencomputer und klassische Rechner wechselseitig ihre Vorteile ausspielen. Auf diese Weise lassen sich manche Aufgaben besser und effizienter bearbeiten, andere Aufgaben werden durch dieses Zusammenspiel überhaupt erst lösbar“, so Schmidt-Kaler weiter. Noch innerhalb der Projektlaufzeit sollen Unternehmen oder Behörden sich für Rechenzeit auf diesem Computergespann einbuchen können. Mögliche Anwendungen seien unter anderem Optimierungen in der chemischen und der pharmazeutischen Industrie. So seien beispielsweise Katalyseprozesse bei der Herstellung von Polymeren bislang schwer zu berechnen, da die Polymere mit ihren zahlreichen Molekülketten äußerst komplex seien. Könnte man via Quantencomputer die optimalen Katalysatoren ermitteln, ließe sich die Energieeffizienz der Herstellungsprozesse erheblich steigern. Sobald der neue Mainzer Quantencomputer im Probebetrieb läuft, soll eine Ausgründung erfolgen, die sowohl die Vermarktung des gesamten Quantencomputers als auch die von Einzelkomponenten und Steuerelementen übernimmt.

Gefangene Ionen verbessern die Rechenqualität
Die Dynamik im Quantencomputing ist derzeit enorm: Unter anderem arbeiten Firmen wie Google und IBM daran, neue Quantencomputer zu entwickeln. Doch während Google und IBM beim Prozessor auf supraleitende Schaltkreise setzen, nutzen die Forscherinnen und Forscher im Projekt IQuAn die Plattform mit gefangenen Ionen. Obwohl supraleitende Quantenprozessoren aktuell über mehr Recheneinheiten verfügen, ist bei gefangenen Ionen die Qualität der Rechenoperationen erheblich besser. „Deshalb ist es durchaus sinnvoll, in diese Technologie zu investieren. Und es freut mich sehr, dass das BMBF mit der Förderung dieses Projekts den Bau eines Quantencomputers unterstützt und vorantreibt“, sagt Schmidt-Kaler.

Beteiligt sind neben der JGU das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik, das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik, das Forschungszentrum Jülich sowie die Firmen Toptica Photonics AG und Akka DSW GmbH.

Foto/©: Peter Pulkowski, JGU

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