Ein Quantensprung: Erster Qubit-Rechner Tschechiens in Betrieb genommen
Am Dienstag wurde in Ostrava / Ostrau ein Quantencomputer in Betrieb genommen. Es ist das erste derartige Gerät in Tschechien, was öffentlich zugänglich ist, und erst das zweite überhaupt in Europa.
Ein wenig ist es wohl, als würde man von einer Dampflokomotive in eine Rakete umsteigen. Der neue Quantencomputer VLQ, der am Dienstag in Ostrau in Betrieb genommen wurde, hat eine gewaltige Leistung. Aufgaben, an denen sich andere Geräte mehrere Hundert Jahre lang die Zähne ausbeißen würden, löst er in Sekunden oder Minuten. Marek Lampart leitet das Labor für Quantenrechnung an der Universität Ostrau und erläuterte in den Inlandssendungen des Tschechischen Rundfunks am Beispiel einer Bibliothek, zu was der neue Rechner alles in der Lage ist:
„In der normalen Welt wird zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Operation durchgeführt. Aber in der Welt der Quanten finden alle Berechnungen quasi gleichzeitig statt. Der Computer blättert etwa auf einmal durch eine gesamte Bibliothek. Wie lange das dauert, hängt nur von der Anzahl der Qubits ab.“
Ein Qubit ist die kleinste Speichereinheit eines Quantencomputers und dessen Grundstein. Das Besondere ist, dass ein Qubit nicht nur den Zustand 1 oder 0 wie bei einem klassischen Rechner haben kann. Er kann auch eine Mischung aus beidem sein. Und Lampart führt noch einen weiteren Unterschied zum klassischen PC an:
„Bei der sogenannten Verschränkung werden zwei Qubits miteinander verbunden. Eine solche Operation kann man in der klassischen Welt niemals herstellen. Dank dieses Systems lässt sich zudem auch Quantenteleportation betreiben.“
Die „Quantenteleportation“ klingt zwar wie Science-Fiction, gemeint ist aber keinesfalls das Wegbeamen von Materie, sondern lediglich die Übertragung von Informationen. Der VLQ hat im Übrigen nur 24 Qubits – eine vergleichsweise geringe Zahl. Allerdings sind die Einheiten eben miteinander verbunden, was die Effektivität und die Genauigkeit massiv erhöht und das Gerät von der Konkurrenz unterscheidet.
Damit der VLQ aufwendige Algorithmen und Aufgaben lösen kann, ist er zum einen recht groß – er umfasst drei Schränke, die rund vier Quadratmeter einnehmen. Zum anderen muss der Rechner ordentlich heruntergekühlt werden – auf minus 273,14 Grad Celsius, also in etwa auf den absoluten Nullpunkt. Denn nur bei dieser Temperatur lassen sich die quantenmechanischen Prinzipien treffsicher anwenden.
Freilich hat die neue Technik dann auch ihren Preis, rund 125 Millionen Kronen (5,1 Millionen Euro) kostete die Gerätschaft. Das Geld kam zur Hälfte von der EU, genauer vom Gemeinsamen Unternehmen für europäisches Hochleistungsrechnen (GU EuroHPC). Die andere Hälfte stammt vom Lumi-Q-Konsortium, zu dem neben Tschechien noch sieben weitere europäische Staaten zählen, darunter Belgien und Schweden. Diese Länder werden den Computer nun auch nutzen.
Aber wofür genau soll der VLQ eigentlich eingesetzt werden? Vít Vondrák leitet an der Universität von Ostrau das nationale Hochleistungsrechenzentrum IT4Innovations und sagt:
„Das Potential von Quantencomputern ist riesig. Wir stehen aber noch ganz am Anfang. Was die Erwartungen an reale Anwendungsfälle angeht, sollten wir also zunächst auf dem Boden bleiben. Aber in jedem Fall gibt es große Ambitionen – etwa im Bereich der Kryptografie, in dem neue Verschlüsselungstechniken erforscht werden könnten. Wir werden das Gerät auch in den Materialwissenschaften und bei der Entwicklung neuer Arzneimittel verwenden.“
So könnte der Quantenrechner künftig etwa in der Alzheimerforschung zum Einsatz kommen. Eine der ersten Aufgaben wird zudem die Auswertung von Satellitenbildern für die ESA sein. Bei dem Projekt geht es darum, Auffälligkeiten in der Erdatmosphäre aufzudecken, um so undichten Gasleitungen auf die Schliche zu kommen. Laut den Forschern könnte der VLQ auch zur Optimierung von Verkehrsflüssen und im Verteidigungsbereich eingesetzt werden.
Um die Neuanschaffung nutzen zu können, wird der Computer übrigens mit einem gängigen Rechner verknüpft. Zudem wird die Rechenzentrale aber auch mit dem Superrechner Karolina verbunden. Dieser wurde 2021 in Ostrau in Betrieb genommen und war bislang der leistungsfähigste Rechner in Tschechien. Der VLQ setzt nun aber neue Maßstäbe – und verbraucht dabei deutlich weniger Strom. Während der „alte“ Supercomputer eine Leistungsaufnahme von 800 Kilowatt hat, sind es beim neuen Quantenrechner nur 25 Kilowatt.
Der VLQ soll im Übrigen nicht nur der europäischen Forschung zur Verfügung stehen. Auch Industriefirmen und der öffentliche Sektor werden das Gerät künftig nutzen können.
