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Quantencomputer-Entwickler machen gemeinsame Sache

Neues vom Bundesforschungsministerium gefördertes Projekt ATIQ unter Beteiligung der Universität Siegen hat ein Gesamtvolumen von 44,5 Millionen Euro.

Quantencomputer versprechen ungekannte Rechenpower für Anwendungen, an denen auf „Nullen und Einsen“ beruhende Rechner prinzipiell scheitern. Im Projekt „Quantencomputer mit gespeicherten Ionen für Anwendungen“ (ATIQ) entwickeln 25 Partner aus Forschungseinrichtungen mit Industriepartnern nun Quantencomputer-Demonstratoren, die gemeinsam mit AnwenderInnen von Quantencomputern realisiert werden. Dabei gehen die Beteiligten große technische Herausforderungen an, um deutsche Quantencomputer-Demonstratoren zu realisieren und NutzerInnen im 24/7-Betrieb zugänglich zu machen. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt mit insgesamt 37,4 Millionen Euro.

Ziel von ATIQ ist es, innerhalb von 30 Monaten eine erste Generation von zuverlässigen, anwenderfreundlichen und rund um die Uhr verfügbaren Quantencomputer-Demonstratoren auf Basis der Ionenfallen-Technologie zu entwickeln. Dazu haben sich die führenden Gruppen der Ionenfallenforschung an den Universitäten in Hannover/Braunschweig, Siegen und Mainz mit Forschungseinrichtungen und Industriepartnern zusammengeschlossen.

Gemeinsam den nächsten großen Schritt machen
„Ionen sind ideale Qubits. Sie werden uns von der Natur selbst bereitgestellt, sind immer identisch, ihre Eigenschaften sind zudem mit höchster Genauigkeit bekannt. Wir werden im Rahmen von ATIQ neue Methoden erforschen, diese perfekten Qubits auch in großen Quantenregistern zu kontrollieren“, sagt Prof. Christof Wunderlich von der Universität Siegen, Inhaber des Lehrstuhls Experimentelle Quantenoptik.

 „Wir wollen gemeinsam den nächsten großen Schritt machen. ATIQ soll der Kristallisationspunkt für ein deutsches Ökosystem der Ionenfallen-Quantentechnologie sein, das Technologiepartner, Wissenschaft und Anwender zusammenbringt und zu relevanten kommerziellen Verwertungen führt“, fasst Projektkoordinator Prof. Christian Ospelkaus von der Leibniz Universität Hannover und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Braunschweig die Motivation zusammen. „Gerade wenn man einen klassischen Hochleistungsrechner mit solch einem Quanten-Koprozessor verbindet, ist dieses Gespann unschlagbar bei neuen Rechenaufgaben“, ergänzt Prof. Ferdinand Schmidt-Kaler von der Universität Mainz.

Enormes Erfolgspotenzial
ATIQ birgt ein enormes wirtschaftliches und wissenschaftliches Erfolgspotenzial. Quantencomputer versprechen ungekannte Rechenpower für Anwendungen, an denen klassische Hochleistungsrechner allein komplett scheitern. Die Kombination von klassischem Hochleistungsrechner und Quantencomputer dagegen eröffnet vollkommen neue Möglichkeiten. Es besteht daher dringender Bedarf für Deutschland, robuste und skalierbare Quantenhardware zur Verfügung zu stellen. Das ATIQ-Konsortium zielt auf optimierte Hardware für Anwendungen in der Chemie. Neuartige chemische Substanzen und die Reaktionen zu deren Herstellung könnten dann auf Quantencomputern simuliert werden. Ein anderer Anwendungsfall liegt im Finanzwesen, wo völlig neue Wege in der Kreditrisikobewertung beschritten werden.

Der Kern des Quantenprozessors in ATIQ basiert auf der Ionenfallen-Technologie, die weltweit als eine der vielversprechendsten Wege zum Quantencomputer angesehen wird. Allerdings sind die derzeitigen Systeme noch komplexe Labormaschinen mit erheblichem Wartungs- und Kalibrierungsaufwand durch hochqualifiziertes Personal. ATIQ adressiert die technischen Herausforderungen, um einem Dauerbetrieb zu bewerkstelligen mit zuverlässigen Rechenoperationen hoher Qualität. Die ATIQ-Partner optimieren in Zusammenarbeit mit Technologie- und Industriepartnern dazu die Ansteuerung der Prozessoren mit elektronischen und optischen Signalen und wollen so eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit erreichen, damit externe NutzerInnen Rechenalgorithmen selbständig ausführen können.

Außerdem verspricht eine solche Optimierung auch die Hochskalierung der Quantendemonstratoren von zunächst 10 auf schließlich mehr als 100 Qubits. Die Stärke des Konsortiums beruht auf dem Wissen als EntwicklerInnen der Ionenfallentechnologie und der physikalischen und technischen Grundlagen an den Universitäten und Forschungseinrichtungen Leibniz Universität Hannover / PTB Braunschweig, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Universität Siegen, gemeinsam mit weiteren Forschungseinrichtungen, starken Industrie- und Technologiepartnern sowie AnwenderInnen und Verbünden wie dem Quantum Valley Lower Saxony.

Hintergrund
Das Verbundprojekt „ATIQ – Quantencomputer mit gespeicherten Ionen für Anwendungen“ ist Teil der BMBF-Fördermaßnahme „Quantencomputer-Demonstrationsaufbauten“. Projektlaufzeit ist vom 1. Dezember 2021 bis zum 30. November 2026. Insgesamt sind die Kompetenzen von 25 Partnern in ATIQ gebündelt und koordiniert an der Leibniz Universität Hannover. Weitere Partner sind die Universität Siegen, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, TU Braunschweig, RWTH Aachen, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Fraunhofer-Gesellschaft, die Unternehmen AMO GmbH, AKKA Industry Consulting GmbH, Black Semiconductor GmbH, eleQtron GmbH, FiberBridge Photonics GmbH, Infineon Technologies AG, JoS QUANTUM GmbH, LPKF Laser & Electronics AG, Parity Quantum Computing Germany GmbH, QUARTIQ GmbH, Qubig GmbH und die TOPTICA Photonics AG. Assoziierte Partner sind AQT Germany GmbH, Boehringer Ingelheim, Covestro AG, DLR-SI, Volkswagen AG und QUDORA Technologies GmbH.