Spätestens seit dem Betriebsstart von Euro-Q-Exa, dem europäischen Quantensystem mit 54 Qubits, steht das Quantencomputing am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) vor grundlegenden Veränderungen: Die einstige Abteilung Quantencomputing und -Technologien (QCT), die erfolgreich verschiedene Quantencomputer mit Systemen fürs High-Performance Computing (HPC) verbunden hat, gab in den letzten Monaten Aufgaben an Partner ab. In der Folge wechselten Kolleginnen und Kollegen zu anderen Organisationen. Seit August formt der promovierte Informatiker Tobias Guggemos das Team zu einer vielseitigen Forschungsgruppe, die Quantentechnologien und deren Einsatz holistisch erkunden wird.

Wie wird man Spezialist fürs Quantencomputing?
Dr. Tobias Guggemos: Während meiner Promotion an der LMU bekam ich den Auftrag, eine Vorlesung zum Quantencomputing vorzubereiten. Um die Inhalte Studierenden erklären zu können, musste ich sehr tief einsteigen, und das machte große Lust, mich intensiver damit zu beschäftigen. Du wirst dabei auch mit Verschlüsselung und Sicherheitsfragen konfrontiert – Themen, zu denen ich auch für meine Dissertation forschte und die in Projekten oder für die Betreuung von Bachelor- und Masterarbeiten relevant wurden. Als Postdoc konnte ich mein Wissen an der Fakultät für Physik der Universität Wien und im Institut für Erdbeobachtung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt übertragen und mit Kolleginnen Technik entwickeln, um einen Quantenprozessor ins All zu bringen.
Warum ich am LRZ bin? Jetzt ist der Punkt erreicht, ab dem Quantencomputing wirklich im Alltag ankommt. Die Rechenleistungen wachsen schnell und die Systeme hier werden für erste anspruchsvolle Berechnungen eingesetzt. Dennoch gibt es noch viele Fragen zu klären, deshalb bin ich am LRZ – hier arbeiten wir mit diversen Quantentechnologien, unterstützen Anwenderinnen diese auszureizen, und können dabei Erfahrungen sammeln, um Hard- und Software noch besser zu verstehen.

Was findest du am Quantencomputing besonders interessant?
Guggemos: Das Faszinierendste ist für mich immer noch die Verschränkung. Eigentlich ein triviales, mathematisches Konzept, das aber so viele Implikationen auf Technologie und die Systeme hat. Dabei sind Verschränkung, Superposition, Überlagerung nur schwer zu erklären, ich hab‘ noch keine wirklich gute Möglichkeit gefunden, das Prinzip anschaulich zu erklären, ohne auf Papier zu kritzeln. Mit der Verschränkung steht und fällt jede Form des Quantenvorteils – sei es Computing, für die Kommunikation, für das Sensing oder die Sensorik.

Warum schickt man einen Quantencomputer ins All?
Guggemos: Weil man’s kann? (lacht) Bei dem Projekt stand reine Neugier im Vordergrund, das hatte noch niemand gemacht. Und wenn man über Quantenvorteile spricht, sollte man darüber nachdenken, wie und wo wir diesen überall nutzen können, also gab es auch praktische Überlegungen: Die Satelliten-Industrie tendiert aktuell dazu, Berechnungen möglichst nah an einer Datenquelle auszuführen, eine Strategie, die als Edge Computing bekannt ist. Kommunikation mit Satelliten ist aufwändig und aufgrund der Entfernungen schwer durchgängig aufrecht zu erhalten. Öffentlich finanzierte Institutionen wie das DLR unterhalten zwar Bodenstationen, aber nur wenn ein Satellit in deren Sichtweite ist, können beide kommunizieren. Will ich größere Datenmengen austauschen, wird das durch den kurzen Überflug zeitlich eng, folglich müssen Kommunikationsmöglichkeiten zugekauft werden. Die Alternative ist, Satelliten mit Computern auszustatten. Wer, wie das DLR, mehrere Gigabyte große Bilddaten aufnimmt, will diese aus Kosten- und Zeitgründen daher direkt auf dem Satelliten vorverarbeiten oder auswerten. In Zukunft vielleicht mit einem Quantencomputer, denn die versprechen Vorteile bei der Datenverarbeitung.

Funktioniert die Technik noch?
Guggemos: Der Prototyp auf dem Satellit bestand aus einer Kamera, deren Bilder direkt vor Ort ausgewertet wurden. Wenn man das technisch weiterspinnt, kann der Computer gleich das Ergebnis der Auswertung senden, etwa die GPS-Koordinaten eines Buschbrandes. Und ja, der Satellit fliegt noch, auch die Kamera funktioniert noch, der Prozessor leider nicht mehr.