Erster europäischer Quantencomputer für Deutschland: Euro-Q-Exa nimmt am LRZ seine Arbeit auf
Technologie:Quantencomputing
Forschungsbereich:Future Computing
Garching b. München – Startschuss für die Reise in unbekannte Dimensionen: Im Beisein von Henna Virkkunen, Exekutiv-Vizepräsidentin der Europäischen Kommission für Technologische Souveränität, Sicherheit und Demokratie, der Parlamentarischen Staatsekretärin Dr. Silke Launert, sowie dem bayerischen Wissenschaftsminister Markus Blume nimmt der europäische Quantencomputer Euro-Q-Exa am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (BAdW) seine Arbeit für Forschung und Wissenschaft in Europa auf. Euro-Q-Exa basiert auf dem „Radiance“-System von IQM Quantum Computers und bietet 54 Quantenbits (Qubits) aus supraleitenden Schaltkreisen. Dieses wird voraussichtlich bis Ende 2026 um einen zweiten leistungsfähigeren Quantencomputer mit mehr als 150 Qubits ergänzt.
Euro-Q-Exa ist eines von insgesamt sechs Quantensystemen, die in europäische Höchstleistungsrechner integriert und von der EuroHPC Joint Undertaking beschafft werden, um im Quantencomputing technologische Unabhängigkeit zu erreichen. Die Gesamtkosten von 25 Millionen Euro für das System, seinen Betrieb und die Ergänzung, tragen die Europäische Union und das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit zehn und respektive 12 sowie das Bayerische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (StMWK) mit drei Millionen Euro. Das BMFTR finanziert außerdem notwendige Personal- und Sachmittel.
Das LRZ hostet und betreibt den innovativen Quantencomputer. Das Garchinger Rechenzentrum hat umfangreiche Erfahrungen mit der Integration verschiedener Quantentechnologien in Supercomputer sowie mit deren Betrieb und Nutzung gewonnen. So ist Euro-Q-Exa der zweite hybride Quantencomputer, den das LRZ gemeinsam mit IQM Quantum Computers im Rechnergebäude installiert hat und den es Wissenschaftlerinnen über sein Munich Quantum Portal (MQP) zur Verfügung stellt. Mit Euro-Q-Exa bietet das LRZ zuverlässig eine höhere Verfügbarkeit des Quantencomputings: Wird eines der Systeme gewartet, können Forschende auf dem anderen weiterarbeiten. Mit dem Supercomputer des LRZ gekoppelt ermöglicht Euro-Q-Exa außerdem hybride Workflows oder die Kombination von klassischem Super- mit neuem Quantencomputing.
Hohe Rechenleistung für groß angelegte Algorithmen
In Euro-Q-Exa arbeitet die Radiance-Technologie von IQM. Speziell für die Integration in Hoch- und Höchstleistungsrechner entwickelt, minimiert das System Latenz und maximiert Rechenleistung insbesondere in hybriden Workflows. Der Computer bietet abstimmbare Koppler und High-Fidelity-Gates, die eine Gittertopologie ermöglichen. Er ist für die Ausführung groß angelegter Algorithmen optimiert und wird durch einen Kryostat auf unter -273 Grad Celsius gekühlt, um die empfindlichen Recheneinheiten zu stabilisieren und nutzbar zu machen.
Mit dieser Architektur wird Euro-Q-Exa die Grenzen des High Perfomance Computings (HPC) austesten: Können die Funktionsweise und Ergebnisse von Quanten-Prozessoren (QPU) mit bis zu 50 Qubits noch an einem Supercomputer simuliert werden, so ist das bei 54 Qubits allein aufgrund des dazu notwendigen Arbeitsspeichers kaum mehr oder nur in mehreren Schritten möglich, denn theoretisch verdoppelt jedes weitere Qubit die Rechenleistung.
Grundsätzlich funktionieren Quantencomputer anders, sie nutzen die Superposition und Verschränkungen zwischen mehreren Qubits und können so mathematische Fragen wie etwa das Problem des Handlungsreisenden lösen, eine Optimierungsaufgabe aus der Logistik, die nach der effizientesten Verbindung von Standorten sucht. Jeder Punkt potenziert dabei die Zahl der Möglichkeiten, bei 10 Standorten entstehen mehrere Millionen Möglichkeiten, bei 58 steigt die Zahl der Varianten auf eine Tredezillion – das ist eine Zahl mit 78 Stellen. Das macht die Berechnung mit klassischen Rechenmethoden äußerst aufwändig.
Derartige Aufgaben beschäftigen Handel und Logistik oder sind im Finanzwesen sowie für das Design von Microchips notwendig. Außerdem hoffen Wissenschaftlerinnen darauf, mit Quantencomputern einmal die Wechselwirkungen von Elektronen eines Atoms, das Verhalten von Molekülen oder anderer quantenmechanischer Zustände präziser und effizienter modellieren zu können. Noch begrenzen Kohärenzzeiten, Rauschen oder die Störanfälligkeit der Quantencomputer Leistungen – im Zusammenspiel mit klassischen Supercomputern sind aber größere Experimente und Ergebnisse auf diesem Forschungsfeld schon machbar.
Skalierbare Werkzeuge für hybride Workflows
Euro-Q-Exa wird Forschenden aus Deutschland und Europa über das Munich Quantum Portal (MQP) sowie über das Portal der EuroHPC JU zugänglich gemacht. Der Quantencomputer kann so für sich oder in Kombination mit SuperMUC-NG sowie in Zukunft auch mit Blue Lion, dem nächsten Supercomputer am LRZ, eingesetzt werden. Zur Programmierung stehen dafür auf dem System nicht nur weit verbreitete Quanten-Software-Pakete wie Qiskit oder PennyLane sowie verschiedene neue Programmiersprachen zur Verfügung. Diese macht der Munich Quantum Software Stack (MQSS) zugänglich, der im Munich Quantum Valley (MQV) in Zusammenarbeit von Universitäten, Forschungsinstituten und Unternehmen entwickelt wird und nun für Euro-Q-Exa bereitgestellt wurde. Er unterstützt sowohl hybride Algorithmen und Workloads wie auch die Entwicklung von Programmen fürs Quantencomputing und bietet Schnittstellen zu nützlichen Software-Paketen.
Erste Forschungsgruppen aus Europa sowie dem MQV haben bereits ihr Interesse angemeldet: Sie wollen mit Euro-Q-Exa in neue Dimensionen vorstoßen – zum Beispiel die Ursachen von neurodegenerativen Krankheiten entschlüsseln, die Methoden der computergestützten Pharmakologie erweitern, Klima-Modelle verfeinern oder Stromnetze und Power Grids verbessern. Oder aber endlich herausfinden, wie der erhoffte Vorteil von Quantencomputern zustande kommt: Neuesten Erkenntnissen zufolge braucht es für den Quantenvorteil mehr als nur eine hohe Anzahl von Qubits und von effizienten Verschränkungen.
Zur Pressemitteilung der EuroHPC JU
Zur Pressemitteilung von IQM Quantum Computers
Zitate:
Henna Virkkunen, Exekutiv-Vizepräsidentin der Europäischen Kommission für Technologische Souveränität, Sicherheit und Demokratie: „As the quantum market is still nascent, the European Commission is actively shaping it: Through EuroHPC, and together with Member States, we have already procured and co-funded the first six European quantum systems. Four are operational, and two more are under procurement. This is a clear demonstration of Europe’s commitment to building sovereign quantum capacity on our own continent. The Leibniz Supercomputing Centre stands as a concrete example of this ambition in action. It shows how we can successfully support and scale up leading European providers such as IQM, who are at the forefront of quantum innovation. By anchoring these systems in Europe, we are strengthening our industrial base and ensuring that strategic technologies are developed and deployed in Europe, for Europe. With the new system — and its substantial upgrade planned for early 2027 — we are already enabling complex quantum computations today. This is not a distant promise; it is operational reality.“
Dorothee Bär, Bundesministerin für Forschung, Technologie und Raumfahrt: „Der Quantencomputer Euro-Q-Exa ist ein Musterbeispiel für das erfolgreiche Bündeln von Kräften: Die Europäische Kommission, die Bundesregierung und der Freistaat Bayern ziehen hier an einem Strang. Das BMFTR engagiert sich mit erheblichen finanziellen Mitteln bei diesem Projekt – aus Überzeugung, dass solche Investitionen essentiell für Deutschlands und Europas technologische Souveränität sind. Euro-Q-Exa wird Nutzern zur Verfügung stehen, um neue Quantencomputing-Anwendungen zu entwickeln, die in Zukunft die Grenzen klassischer Algorithmen sprengen können. Ganz im Sinne der Hightech Agenda Deutschland werden wir so zum Top-Technologieland in der Schlüsseltechnologie Quantentechnologien.“
Markus Blume, Staatsminister für Wissenschaft und Kunst: „Der erste europäische Quantencomputer in Deutschland geht am Leibniz-Rechenzentrum in Bayern in Betrieb – kein Zufall, sondern das Ergebnis unseres starken Hightech-Ökosystems. Fakt ist: Euro-Q-Exa ist mehr als ein neuer Rechner. Er steht für technologische Souveränität und den Anspruch, unsere digitale Infrastruktur selbst zu gestalten. In Garching, dem größten Forschungscampus Deutschlands und einem lebendigen Ort der europäischen Idee, verbinden wir Quanten, Supercomputing und Künstliche Intelligenz zu neuen Rechendimensionen. Genau deshalb bewerben wir uns auch um eine KI-Gigafactory. Projekte wie dieses zeigen, dass Bayern bereit ist, Verantwortung für Europas digitale Zukunft zu übernehmen. Von Garching geht damit ein starkes Signal aus: Hier entstehen Rechenressourcen, die Innovation ermöglichen und unsere technologische Handlungsfähigkeit stärken – hier wird Zukunft nicht nur gedacht, sondern schon gerechnet.“
Anders Jensen, Executive Director of the EuroHPC Joint Undertaking: „Die Inbetriebnahme von Euro-Q-Exa ist ein weiterer Meilenstein auf unserem Weg zu einer europäischen Quantencomputerinfrastruktur von Weltklasse. Mit diesem neuen Quantencomputersystem von EuroHPC unterstreichen wir unser Engagement, Forschern, der Industrie und dem öffentlichen Sektor modernste Rechenressourcen zur Verfügung zu stellen und damit Innovation und technologische Souveränität in ganz Europa zu fördern.“
Prof. Dr. Dieter Kranzlmüller, Leiter des LRZ: „Mit Euro-Q-Exa verbinden wir die Stärken des Quanten- mit denen des Supercomputings. Forschende erhalten damit die Möglichkeit, neue Ansätze zu erproben, wegweisende Berechnungen umzusetzen und somit neue wissenschaftliche Dimensionen zu erschließen – auf Technologie made in Europe. Am LRZ freuen wir uns auf spannende Forschungsprojekte und neue Erkenntnisse.“
Dr. Jan Goetz, CEO of IQM Quantum Computers: „Wer führend in Quantencomputing sein will, sollte über seine eigene Quanteninfrastruktur verfügen und nicht nur Zugang zur Cloud haben. IQM unterstützt diesen Ansatz: in lokale Ökosysteme eingebundene Systeme, Ausbildung neuer Talente, hybride HPC-Integration und das institutionelle Fachwissen, das nur durch den Betrieb von erstklassiger Technologie erworben werden kann.”