Fraunhofer und IBM starten Quantencomputing-Zentrum in Baden-Württemberg
Posted by Julia Werner •
Neuer Supercomputer ist einsatzbereit
In Luxemburg ist ein neuer Supercomputer einsatzbereit: Der neue Rechner habe eine Rechenleistung von zehn Petaflops, was zehn Billiarden Einzelberechnungen pro Sekunde – in Zahlen ausgedrückt 10 000 000 000 000 000 – entspreche, teilte die luxemburgische Regierung nach der Einweihung am Montagabend mit.
Meluxina sei einer von insgesamt acht Hochleistungsrechnern der EU, die in den nächsten Jahren an den Start gehen sollen und gehöre zu den 50 besten Hochleistungscomputern der Welt.
Der neue Supercomputer wird mit Ökostrom betrieben und steht in einem Datenzentrum im luxemburgischen Bissen. Er ist Teil des gemeinsamen Unternehmens für europäisches Hochleistungsrechnen EuroHPC, das auf eine öffentlich-private Partnerschaft von EU-Mitgliedstaaten und der Industrie zurückgeht. Hauptsitz des EuroHPC ist Luxemburg.
Der Supercomputer, dessen Kosten mit rund 30 Millionen Euro beziffert wurden, soll für Nutzer aus Forschung und Industrie zugänglich sein. Als erster der acht geplanten Superrechner von EuroHPC war im April in Slowenien Modell Vega gestartet. EU-Kommissionschefin Ursula von der Leyen hatte im September 2020 Investitionen von acht Milliarden Euro in Supercomputer angekündigt.
dpa
Supercomputer Caro in Göttingen in Betrieb genommen
Cara bekommt Gesellschaft: Mit Caro nimmt ein weiterer Supercomputer im Zentrum für Luft- und Raumfahrt seine Arbeit auf. Die Anlagen sollen Flugzeuge und Windkraftanlagen künftig sicherer machen.
Blick auf den Supercomputer CARO des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Das Computersystem soll unter anderem für die numerische Simulation künftiger Flugzeuge oder Windkraftanlagen eingesetzt werden. © Swen Pförtner/dpa
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat einen neuen Supercomputer in Betrieb genommen. Das Caro getaufte System soll künftig unter anderem komplexe Strömungsmodelle von Flugzeugen, Zügen, Windkraftanlagen oder auch Raumschiffen berechnen.
«Mit Caro haben wir einen der weltweit leistungsstärksten Supercomputer für die Luft- und Raumfahrt», sagte die DLR-Vorstandsvorsitzende Anke Kaysser-Pyzalla bei der Einweihung des Computers am Montag in Göttingen.
Der Supercomputer soll in etwa 10.000 Mal schneller sein als ein herkömmlicher Computer und 3,46 Billiarden Berechnungen pro Sekunde ausführen können. Die Anlage, für die 10,5 Millionen Euro investiert wurden, ist laut DLR unter den 150 schnellsten Computern der Welt. Das System wird - wie auch der Superrechner Emmy - in Zusammenarbeit mit der Universität Göttingen bei der Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung Göttingen betrieben. Caro ist die Schwesteranlage des ebenfalls vom DLR betriebenen Supercomputers Cara in Dresden.
Das System soll unter anderem durch die Simulation von Strömungsmodellen Flugzeuge oder auch Züge effizienter und sicherer machen. Auch bei Windkraftanlagen kann Caro zum Einsatz kommen, etwa um Lärmemissionen zu simulieren. Supercomputer seien für Deutschland notwendig, um an der Spitze der Wissenschaft zu bleiben, sagte der DLR-Wissenschaftler Lorenz Tichy.
Fraunhofer und IBM starten Quantencomputing-Zentrum in Baden-Württemberg
Quantencomputing könnte unsere Technik revolutionieren. Um das Potential auszuschöpfen, wird weltweit an ihnen geforscht – auch in Deutschland. Aber wie funktionieren Quantencomputer eigentlich? Auf welchem Stand ist die Entwicklung?
„Quanten computing ist mehr als nur eine gute Idee“ –so lautete die Schlagzeile der New York Times, als Ende der 90er Jahre der erste Quantencomputer erfolgreich eingesetzt wurde.
Mittlerweile sind weltweit mehrere Dutzend Quantencomputer im Einsatz – bisher nur für Forschungszwecke. Der kürzlich eingeweihte IBM Quantencomputer am Standort Ehningen bei Stuttgart soll nun auch kommerziell nutzbar gemacht werden, um frühzeitig Fachkompetenzen für Quantencomputing aufzubauen.
In Zukunft sollen Quantencomputer imstande sein, komplexe Wechselwirkungen von Mehrteilchensystemen zu simulieren – beispielsweise, wie sich Moleküle bilden, bewegen und auseinanderfallen. Das könne zu Durchbrüchen in der Medizin und vielen weiteren Disziplinen führen.
Quantencomputer nutzen für ihre Rechenoperationen Quantenbits – kurz Qubits. Das sind winzige Quantenteilchen, beispielsweise Photonen oder Elektronen. IMAGO imago images/Science Photo Library
Warum die Leistungsgrenze der Supercomputer erreicht ist
Prozessoren herkömmlicher Computer speichern und verarbeiten Information in Bits. Das steht für „binary digit“ – denn ein Bit kann genau zwei Zustände annehmen: Null oder Eins. Technisch sind Bits als elektrische Schalter – sogenannte Transistoren - eingebaut, die entweder an oder aus sind. Ein Prozessor verknüpft dann tausende Transistoren, um komplexe Information zu verarbeiten.
Das Problem: geläufige Prozessoren können nicht immer kleiner und leistungsfähiger gemacht werden, ohne dass Quanteneffekte die Technik untauglich machen. Genau diese Quanteneffekte nutzen Quantencomputer hingegen aus.
Der Supercomputer Hawk am Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart HLRS ist einer der leistungsfähigsten Supercomputer der Welt. IMAGO imago images/Arnulf Hettrich
Wie funktioniert ein Quantencomputer?
Quantencomputer nutzen Quantenbits – kurz Qubits. Die werden durch Quantensysteme realisiert, beispielsweise durch Photonen. Misst man, in welchem Zustand sich das Quantensystem befindet, so gibt es auch hier – wie beim klassischen Bit – zwei Möglichkeiten. Der Unterschied: Das Quantensystem kann sich in einem beliebigen Überlagerungszustand der beiden Möglichkeiten befinden.
Das nennt man Superposition – bekannt durch Schrödingers Katze, die lebendig und tot zugleich ist. Ein Gedankenexperiment, das veranschaulicht, wie verrückt es in der Quantenwelt zugeht.
Die Superposition erlaubt es dem System, viele Rechnungen parallel auszuführen. Quantencomputer könnten so um ein Vielfaches schneller sein als herkömmliche Supercomputer – so weit die Theorie.
Quantencomputer funktionieren anders als herkömmliche Computer. IMAGO imago/Ikon Images
Was können Quantencomputer heute?
Aber: Noch berechnen die Quantencomputer vergleichsweise simple Matheaufgaben. Wegen der fremdartigen Arbeitslogik lassen sich herkömmliche Programme nämlich nicht einfach übertragen. Man muss ganz neue Quanten-Algorithmen entwickeln. Daran wird aktuell geforscht. Außerdem sind Qubits stark störungsanfällig und müssen aufwendig gekühlt werden.
Einweihung des ersten europäischen Quantencomputers
Mit dem IBM Q System One am Standort Ehningen bei Stuttgart hat die Fraunhofer-Gesellschaft Zugriff auf den ersten Quantencomputer, der nach Angaben von IBM auch außerhalb der Laborumgebung nutzbar ist. Rechnungen bewältigt er mittels 27 supraleitenden Qubits – damit befindet er sich im guten Mittelfeld.
Der IBM Q System One Quantencomputer ist nach Angaben von IBM auch außerhalb der Laborumgebung nutzbar. Pressestelle IBM
Aber: Das Kompetenzzentrum »Quantencomputing Baden-Württemberg« rund um den ersten IBM-Quantencomputer auf deutschem Boden soll nicht nur der Weiterentwicklung des Quantencomputers selbst dienen. Auch kommerzielle Unternehmen sollen die Chance haben, eigenen Algorithmen zu entwickeln und zu testen. So könne das Potential von Quantencomputing in vielen Bereichen der Wirtschaft und Wissenschaft erprobt werden.
„Eine unserer zentralen Forschungsfragen ist, welche konkreten Anwendungsszenarien der Industrie sich für die Berechnung mit einem Quantencomputer eignen und wie sich die notwendigen Algorithmen dafür entwickeln und einfach in Applikationen übersetzen lassen."
Sind Quantencomputer die Zukunft?
Wann genau die ersten Exemplare zur Lösung von Forschungsfragen eingesetzt werden und wieviel schneller sie im Vergleich zu unseren Supercomputer dann sind, bleibt abzuwarten. Und trotzdem: viele Forschende halten Quantencomputer für DIE Schlüsseltechnologie unserer Zeit. Schließlich schien ja auch die heutige Technologie vor wenigen Jahrzehnten noch unerreichbar.
Tagged: