Quantencomputing erforschen

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Gründung des Vereins Munich Quantum Valley – im Bild Vertreter:innen der Gründungsorganisationen. Foto: Christoph Hohmann/MQV

Es geht voran in Bayerns Hightech-Agenda: Um die Forschung und Entwicklung des Quantencomputings voranzubringen hat sich die Initiative „Munich Quantum Valley“ (MQV) nun als Verein formiert. Gründungsmitglieder sind die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, die Ludwig-Maximilians-Universität und die Technische Universität in München, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, die Fraunhofer- und die Max-Planck-Gesellschaft sowie die Bayerische Akademie der Wissenschaften mit ihren Instituten, das Walther-Meißner-Institut sowie das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ). Ziel des MQV-Vereins ist, die Umsetzung wissenschaftlicher Erkenntnisse in praktische Produkte und marktreife Technik zu forcieren. Dazu soll in den nächsten fünf Jahren ein Zentrum für Quantencomputing und -Technologie entstehen, außerdem ein Technologiepark. Das MQV wird durch Fördermittel aus Bayern und vom Bund finanziert.

Das LRZ bündelt seine Quanten-Aktivitäten im Quantum Integration Centre (QIC). „Die Strategie des QIC steht auf drei Säulen: Wir werden Forschenden Quanten-Services bieten, Anwender:innen beraten und ausbilden und als akademisches Rechenzentrum die Weiterentwicklung dieser Zukunftstechnologie begleiten, erforschen und mitgestalten“, sagt Prof. Dr. Dieter Kranzlmüller, Leiter des LRZ. Das akademische Rechenzentrum in Garching hat bereits im vergangenen Jahr Mittel vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) zum Kauf eines ersten Quantensystems erhalten, konnte zudem gemeinsam mit Universitäten und Instituten bemerkenswerte Forschungsprojekte einwerben. „Wir öffnen jetzt die Tür zur Quanten-Ära“, so Kranzlmüller weiter. „Die Integration von Quanten- in die HPC-Systeme kann Wissenschaft und Forschung enorm bereichern und die Leistungskraft der nächsten Supercomputer verstärken.“ Die meisten Forschungsprojekte des LRZ und seiner Partner:innen im MQV zielen darauf ab, einen Munich Quantum Software Stack zu entwerfen, durch den komplette Quantensysteme einfacher nutzbar werden. Außerdem sollen damit für unterschiedlichste Anwendungsbereiche Programmier- und Software-umgebungen entwickelt werden. Weiteres Vorhaben: Das Quanten- soll das Supercomputing ergänzen und der nächsten Computergeneration, den Exascale-Systemen, mehr Leistungskraft verleihen.

Aktuelle Forschungsprojekte mit Beteiligung des LRZ

• Digital-analoge Quantencomputer, DAQC: Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert den Aufbau und die Integration eines supraleitenden Quantensystems, das verschiedene technische Designs, das digitale und analoge Quantencomputing, mischt. Bei diesem Projekt arbeitet das LRZ mit dem deutsch-finnischen Technologieunternehmen IQM, dem Chiphersteller Infineon sowie dem österreichischen Unternehmen ParityQC, außerdem mit dem Forschungszentrum Jülich und der Freien Universität Berlin zusammen. Ziel ist ein digital-analoger Prozessor mit Kalibrier- und Steuerungsmechanismus, der als Beschleuniger in die HPC-Umgebung integriert wird.

• Quantencomputer-Erweiterung durch Exascale-HPC, Q-Exa: Mit Mitteln des BMBF wurde für dieses Projekt bereits ein erster Quantenprozessor mit mindestens 20 Qubits von IQM beschafft. Dieser soll in die nächste geplante Supercomputing-Generation integriert werden. Das LRZ kooperiert bei diesem Projekt mit den Startups IQM und HQS Quantum Simulation aus Karlsruhe, außerdem mit Atos und der Gesellschaft science + computing in Tübingen.

• Quantum-enabling Services und Tools für industrielle Anwendungen, QuaST: Gefördert vom Freistaat Bayern beschäftigt sich BayQS mit Anwendungssoftware für die Quantentechnologien, arbeitet an Plattformen zur Nutzung und bietet zudem Qualifizierungsmöglichkeiten. In diesem Projekt bringen die Fraunhofer Institute für Kognitive Systeme (IKS), angewandte und integrierte Sicherheit (AISEC) und integrierte Schaltungen (IIS) sowie die beiden Münchner Universitäten LMU und TUM und das LRZ ihre Expertise ein.

• Bayerisches Kompetenzzentrum für Quantensecurity und Data Science, BayQS: Quantencomputer gelten als schnelle Rechner – werden auch in der Wirtschaft Nutzen, aber auch Risiken bringen. Gefördert vom Freistaat Bayern beschäftigt sich BayQS daher mit Software für die Zukunftstechnologie, will an Plattformen zur Nutzung arbeiten und bietet zudem Qualifizierungsmöglichkeiten. In diesem Projekt bringen die Fraunhofer Institute für Kognitive Systeme (OKS), angewandte und integrierte Sicherheit (AISEC) und integrierte Schaltungen (IS) sowie die beiden Münchner Universitäten LMU und TUM und das LRZ ihre Expertise ein.

• Munich Quantum Valley, MQV: Im Rahmen dieser breit und langfristig angelegten Förderungen des Quantentechnologie Standorts Freistaat Bayern haben sich die Muttergesellschaft von LRZ und Walther-Meißner-Institut, die Bayerische Akademie der Wissenschaften, die beiden Münchner Exzellenz-Universitäten LMU und TUM, außerdem die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Nürnberg, die Fraunhofer- und die Max-Planck-Gesellschaften sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt zusammengeschlossen. Im MQV entsteht ein lebhaftes Cluster aus Forschung, Unternehmen und Ausbildungsstätten für das Quantencomputing. Das LRZ ist in zwei Teilprojekten des MQV, Q-DESSI und QACI, engagiert: Dabei soll ein Software-Stack von der Firmware bis zu Programmierumgebung und Zugangsportalen entstehen, außerdem die Anbindungen von Quantensystemen an Supercomputing-Ressourcen. Zudem bekommen Anwender:innen hier Unterstützung bei der Entwicklung von weiteren Quanten-Programmen bekommen.

Mehr zur Vereinsgründung des Munich Quantum Valley, seiner Finanzierung und Planungen finden Sie in der Pressemiiteilung der BADW