Zur Halbzeit steuert das Quantencomputer-Projekt QSolid auf den Prototyp des 10-Qubit-Demonstrators zu

München - 25. Juli 2024 Seit Januar 2022 arbeitet QSolid an einem hochwertigen Quantencomputer „Made in Germany“, der auf supraleitenden Quantenchips basiert. Nach 30 Monaten Projektlaufzeit hat das Großprojekt unter Federführung von Prof. Frank Wilhelm-Mauch vom Forschungszentrum Jülich die Halbzeit erreicht. In der ersten Projekthälfte konnte das über 160 Personen starke Team aus 25 Partnerinstitutionen, darunter die ParTec AG Schlüsseltechnologien für einen ersten 10-Qubit-Prototyp des finalen Demonstrators entwickeln. Damit wurde die Basis geschaffen für die Implementierung, Weiterentwicklung und Skalierung des Systems in der verbleibenden Projektlaufzeit bis Dezember 2026.

Der Fokus von QSolid liegt auf Quantenbits, kurz Qubits, von sehr hoher Qualität, die eine geringe Fehlerrate aufweisen. Die Fehleranfälligkeit der Qubits gilt aktuell als eine der größten Herausforderungen in der Quantencomputer-Entwicklung. Vorgesehen ist ein System, das verschiedene Quantenprozessoren enthält, die auf supraleitenden Schaltkreisen der nächsten Generation mit reduzierter Fehlerrate beruhen.

Der Fokus für die ParTec AG liegt insbesondere auf der Integration des Quantencomputers als neues Modul in einen Supercomputer und dessen enge Kopplung mit anderen Modulen wie CPU-Systemen und beschleunigerbasierten Booster-Systemen. Zum Einsatz kommt dabei auch die von ParTec entwickelte ParaStation Modulo Software, die eine einzige einheitliche Ausführungsumgebung und Ressourcenverwaltung für hybride Workflows bietet und sowohl klassische HPC-Elemente als auch QC-Elemente umfasst. Sie wird im Zuge des Projekts erweitert.

Zur Projekthalbzeit haben fast alle Partner ihre individuellen Meilensteine erreicht, wodurch bereits größere Subsysteme für die Verkabelung, Elektronik und Software entwickelt und am zentralen System installiert werden konnten. Als Gesamtmeilenstein wird in Kürze ein erster Prototyp des QSolid-Halbzeit-Demonstrators mit 10 Qubits, geringen Fehlerraten, integriertem Softwarestack und Cloud-Anwenderzugriff in Betrieb gehen. Über die Quantencomputer-Infrastruktur JUNIQ am Forschungszentrum Jülich können Nutzerinnen und Nutzer dann die Rechenleistung abrufen. Kernstück des Prototyps sind Quantenprozessoren, welche bereits mit sehr überzeugender Leistungsfähigkeit aufwarten und derzeit von den Systemingenieuren integriert werden. Zeitgleich kalibriert das Projektteam momentan die insgesamt zwei parallel entwickelten Systeme und verpasst ihnen damit den letzten Feinschliff zur Projekthalbzeit.

Perspektivisch 30 Qubits für Anwendungen in Industrie und Wissenschaft

Der 10-Qubit-Prototyp ist nur ein erster Zwischenschritt hin zu einer höheren Skalierung. Zum Projektende im Dezember 2026 soll das System so weiterentwickelt werden, dass es bestenfalls 30 Qubits bei größtmöglicher Fehlerkorrektur kontrollieren kann, wobei das Team bereits erste Vorarbeiten für diese zweite Projektphase geleistet hat.

„Die letzten zweieinhalb Jahre haben wir ausgezeichnete Kapazitäten und ein Ökosystem aufgebaut. Das Team konnte trotz einiger Herausforderungen nahezu alle gesetzten Zwischenziele erreichen und ein System mit vielversprechenden Leistungswerten auf den Weg bringen. Während wir noch letzte Teilsysteme integrieren und aussteuern, arbeiten wir parallel bereits an der Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Prototyps, der komplexe Rechenoperationen für Anwendungen in der Industrie und Wissenschaft bewältigen soll“, so Projektkoordinator Prof. Frank Wilhelm-Mauch.