Am Forschungszentrum Jülich entsteht ein nationaler Forschungsschwerpunkt für Quantencomputer. Mit dem Helmholtz Quantum Center (HQC) wird ein zentrales Technologielabor etabliert, welches ein großes Forschungsspektrum für Quantencomputing abdeckt – von der Erforschung von Quantenmaterialien bis zur Prototypenentwicklung. Das von der Helmholtz-Gemeinschaft mit knapp 50 Millionen Euro finanzierte Projekt startet in diesem Monat.

Das HQC wird verschiedene Arten von Qubits, dem Quantencomputer-Äquivalent klassischer Computerbits, erforschen – von technologisch weit entwickelten Systemen bis hin zu vielversprechenden neueren Konzepten. Jede Art von Qubit hat ihre eigenen Vor- und Nachteile – bisher ist nicht entschieden, welches Konzept sich am Ende langfristig durchsetzen wird.

Technologielabor für Quantencomputer des Forschungszentrum Jülich

Das Forschungszentrum Jülich baut ein Technologielabor für Quantencomputer auf. Forschungszentrum Jülich

Jülicher Wissenschaftler wie David DiVincenzo und Kristel Michielsen untersuchen zusammen mit europäischen Partnern im Flagship-Projekt Open Super Q bereits supraleitende Qubits, die zum Bau eines europäischen Quantencomputers in Jülich zur Anwendung kommen werden. „Ein neues Team von Wissenschaftlern ist dabei, unser erstes Quantencomputer-Labor in Betrieb zu nehmen, das nun von unseren Partnern im europäischen Open-Super-Q-Quantenflaggschiff-Projekt kleine Prototypen supraleitender Quantencomputer-Chips zum Testen erhält“, sagte Prof. David DiVincenzo. Sie beabsichtigten, in jeder Phase des Scale-up der Quantenhardware einen Beitrag zu leisten.

Eine alternative Plattform, atomare Qubits in optischen Fallen, wird für die Quantensimulation im Flagship-Projekt Pasquans entwickelt, unter Teilnahme des Jülicher Theoretikers Tommaso Calarco: „Unsere wissenschaftlichen Partner in ganz Europa arbeiten an Experimenten zur gezielten Manipulation kalter Atome, um die Eigenschaften von komplexen Quantenmaterialien zu erforschen.“ Für einige solcher Fragestellungen erwarteten sie, die Rechenleistung existierender Computer bereits in den nächsten Jahren zu übertreffen.

Auf solche Quantenprozessoren unterschiedlicher Art soll die zukünftige europäische Quantencomputing- und -simulationsinfrastruktur aufgebaut werden.

Forschung an Qubits mit Fertigung von Quantencomputern verknüpft

Das HQC bündelt sechs Forschungsfelder und sieben Technologiecluster und verbindet so Grundlagenforschung, Theorie und Entwicklung – von Quantenmaterialien bis hin zu kompletten Quantencomputersystemen. Forschung an Werkstoffen für Qubits wird verknüpft mit der Fertigung von Geräten und Systemen für Quantencomputer und dem Co-Design von Hard- und Software. Juniq, die im Oktober gestartete Jülicher Nutzer-Infrastruktur für Quantencomputing, soll das vereinheitlichte Portal zu den verschiedenen Quantencomputern werden – zugänglich über die Cloud für deutsche und europäische Nutzer.

Das Quantenzentrum wird in einem Neubau mit Versuchsausrüstung auf dem Campus des Forschungszentrums untergebracht, mit direkter Anbindung an die Helmholtz Nano Facility und mit den Instituten des Forschungszentrums verzahnt.

Das neue Zentrum wird darüber hinaus zwei neue Institute für Quantenkontrolle und Quantencomputer beherbergen ebenso wie das JARA-Institut für Quantum Information, das innerhalb der Jülich Aachen Research Alliance eingerichtet wurde. Auch die Jülicher Laboreinrichtungen im Rahmen des europäischen „Quantum Flagship“ werden in dem neuen Gebäude ein Zuhause finden.