Technik

Hybridrechner der nächsten Generation: Europas 100-Qubit-Quantendurchbruch in Jülich

von Artisan Baumeister · 16. April 2025

Im Forschungszentrum Jülich wurde ein 100-Qubit-Quantencomputer installiert, der im Rahmen des HPCQS-Projekts erstmals hybride Architekturen mit klassischen Supercomputern kombiniert. Die Technologie basiert auf neutralen Atomen und stößt Tür und Tor für Anwendungen in Pharma, Cybersicherheit und Simulationen auf.

Inhaltsübersicht

Einleitung
Technologischer Kern: Neutrale Atome, Qubit-Kontrolle und Hardwarearchitektur
Hybrid ist Trumpf: Integration ins Supercomputing und Software-Plattformen
Souveränität durch Technologie: Europas strategische Chancen und Herausforderungen
Fazit

Einleitung

Ein Moment mit Signalwirkung: Am 3. Dezember 2024 wurde am Forschungszentrum Jülich ein 100-Qubit-Quantencomputersystem in Betrieb genommen – Europas erstes seiner Art auf Basis neutraler Atome. Entwickelt vom französischen Unternehmen Pasqal und eingebunden in das paneuropäische HPCQS-Projekt, geht es dabei nicht allein um Rechenleistung. Vielmehr steht ein technologischer Paradigmenwechsel im Raum: Quanten- und klassische Hochleistungsrechner werden vereint – in einer hybriden Architektur, die vielversprechende Anwendungen in Industrie und Forschung ermöglicht. Zugleich markiert das Projekt einen strategischen Schritt hin zu mehr Unabhängigkeit Europas im globalen Wettrennen um Quantentechnologie. Dieser Artikel liefert Hintergründe zu den technologischen Besonderheiten, erklärt die technischen Herausforderungen und beleuchtet die Rolle Jülichs als europäisches Quantenkompetenzzentrum.

Technologischer Kern: Neutrale Atome, Qubit-Kontrolle und Hardwarearchitektur

Herzstück des neuen 100-Qubit-Quantenrechners in Jülich ist eine ungewöhnlich elegante Technologie: neutrale Atome, eingefangen in optischen Fallen. Diese Fallen – präzise gesteuerte Laserstrahlen – halten einzelne Atome schwebend in Gitterstrukturen, sozusagen wie Perlen auf einem transparenten Netz aus Licht. Jeder dieser Atome fungiert als Qubit, das durch gezielte Laser-Impulse in unterschiedliche Quantenzustände versetzt werden kann.

Im Vergleich zu etablierten Konzepten wie supraleitenden Qubits, die auf komplexen Nanostrukturen und extrem tiefen Temperaturen basieren, punkten neutrale Atome mit mehreren Vorteilen. Sie sind natürlicherweise frei von elektrischer Ladung, was sie weniger anfällig für externe Störungen macht. Die Folge: eine geringere Fehleranfälligkeit pro Operation – ein kritischer Faktor bei der Skalierung.

Und skalierbar ist dieser Ansatz: Die Atome lassen sich flexibel im Raum anordnen, was die Architektur grundsätzlich modular hält. Anders als supraleitende Schaltkreise, die rasch an physikalische Grenzen stoßen, ermöglichen optische Gitter eine hohe Qubit-Dichte bei überschaubarem technischen Aufwand. Diese Eigenschaften machen die Pasqal neutral Atome-Technologie zu einem vielversprechenden Baustein künftiger Hybrid-Quantenarchitekturen.

Verknüpft mit bestehenden Supercomputern wie dem JURECA DC über das HPCQS Projekt, trägt dieses System entscheidend zur technologischen Souveränität Europas bei. Denn egal ob Quantencomputing für Pharma, physikalische Simulationen oder Quantencomputer in der Cybersicherheit – ohne robuste, kontrollierbare Hardware bleibt alles Theorie. Hier, in Jülich, wird sie zur Praxis.

Hybrid ist Trumpf: Integration ins Supercomputing und Software-Plattformen

Die Verbindung zwischen dem 100-Qubit-Quantencomputer Jülich und dem klassischen Superrechner JURECA DC ist kein symbolischer Schulterschluss, sondern ein technisches Kernstück des europäischen HPCQS Projekts. Ziel ist es, die jeweiligen Stärken optimal zu kombinieren: hochpräzise Quantenlogik trifft auf massive Rechenleistung im Petaflop-Bereich. Die Kopplung beider Systeme erfolgt über spezialisierte Schnittstellen, wobei besonders latenzarme Verbindungen eingesetzt werden, um Daten mit minimalen Verzögerungen auszutauschen.

Auf der Softwareseite kommt ein abgestimmter Stack zum Einsatz: Steuerungssoftware vermittelt zwischen klassischem Code und quantenlogischen Instruktionen, Aufgaben werden dynamisch zwischen den Architekturen verteilt. Noch befinden sich die Programme in der Aufbauphase – viele Komponenten entstehen iterativ in enger Zusammenarbeit zwischen Pasqal, dem Jülicher Supercomputing Centre und dem HPCQS-Konsortium. Spätestens zur geplanten Betriebsaufnahme im Juni 2025 soll die Plattform reif für erste hybride Anwendungen sein.

Die Programmierung hybrider Systeme verlangt derzeit noch spezielles Know-how: Entwickler müssen verstehen, welche Aufgaben sich lohnen, an die Pasqal neutral Atome-Architektur auszulagern – typischerweise stark verschränkte Quantensimulationen. Die große Herausforderung? Fehlerkorrektur. Zwar bieten neutrale Atome Vorteile gegenüber anderen Qubits, doch vollständig fehlerfrei ist (noch) keine Qubittechnologie. Daher wird an Softwareschichten gearbeitet, die Fehler erkennen und kompensieren – manchmal automatisch, oft noch manuell.

Die Quanten-HPC Integration in Jülich bereitet so den Weg für konkrete Anwendungen in Quantencomputing Pharma und Quantencomputer Cybersicherheit. Und: Sie stärkt langfristig die technologische Souveränität Europas – kein Sprint, aber ganz klar das richtige Rennen.

Souveränität durch Technologie: Europas strategische Chancen und Herausforderungen

Digitale Unabhängigkeit ist in Zeiten geopolitischer Unsicherheiten mehr als nur ein Schlagwort – sie ist politische Notwendigkeit. Das neue 100-Qubit-Quantencomputersystem, kürzlich im Forschungszentrum Jülich installiert, markiert einen technologischen wie strategischen Meilenstein. Europa experimentiert hier nicht bloß mit Bits und Atomen, sondern mit einem Hebel für technologische Souveränität.

Die Hardware, entwickelt von Pasqal und basierend auf neutralen Atomen, ermöglicht eine Skalierung der Qubits mit vergleichsweise hoher Fehlerresistenz. Doch entscheidend ist das Umfeld: Die Hybrid-Quantenarchitektur ist tief in die Supercomputing-Umgebung des JURECA DC eingebunden – ein Kernziel des HPCQS Projekts, das Quanten- und Hochleistungsrechner fest miteinander verzahnt. Damit entsteht ein völlig neues Rechenökosystem.

Anwendung mit Sogwirkung

Pharmaindustrie: Durch Quantencomputing in der Pharmaforschung können molekulare Wechselwirkungen präziser simuliert werden – ein klarer Vorsprung etwa bei der Wirkstoffentwicklung für seltene Krankheiten.
Cybersicherheit: Der Quantencomputer in Cybersicherheitsanwendungen eröffnet Perspektiven für Post-Quanten-Kryptografie und für das Knacken bisher unzugänglicher Verschlüsselungsszenarien.
Wissenschaft: Komplexe physikalische Modelle, etwa in der Materialforschung oder Kernfusion, profitieren von der Quanten-HPC Integration.

Rolle von EuroHPC JU und Ausblick

Die europäische Supercomputing-Organisation EuroHPC JU fungiert als strukturgebender Akteur – doch ihre Rolle wird sich weiterentwickeln müssen: von der Infrastrukturfinanzierung zur strategischen Orchestrierung von Know-how, Ausbildung und Standardisierung. Entscheidend wird sein, die technologischen Fortschritte in konkrete Anwendungen zu übersetzen – und das zügig. Denn während der Quantencomputer in Jülich noch getestet wird, forscht die Konkurrenz längst an 1.000-Qubit-Systemen.

Fazit

Der Quantencomputer von Pasqal in Jülich steht für mehr als nur einen technologischen Fortschritt – er ist ein Zeichen europäischer Handlungsfähigkeit in einem globalen Zukunftsmarkt. Die Hybridarchitektur mit klassischem Supercomputing macht Quantencomputing erstmals für reale Anwendungen greifbar und strategisch nutzbar. Europa zeigt mit dieser Installation, dass es seine digitale Unabhängigkeit ernst nimmt – und diese aktiv vorantreibt. Die kommenden Monate werden entscheidend sein: Bis zur vollständigen Inbetriebnahme im Juni 2025 müssen Software, Steuerung und Fehlerbehandlung weiter ausgereift werden. Doch der Grundstein ist gelegt – für neue industrielle Anwendungen, wissenschaftliche Erkenntnisse und eine technologische Perspektive jenseits der Abhängigkeit von außereuropäischen Technologieanbietern.

Wie bewerten Sie Europas Rolle im globalen Quantenrennen? Diskutieren Sie mit uns in den Kommentaren!