„Im Grunde genommen ist es ein Bürojob wie jeder andere auch. Ich setze mich morgens an meinen Rechner. Nur dass ich mit den fortschrittlichsten Computern arbeite, die es zurzeit gibt“, sagt Dr. Madita Willsch. Die Physikerin kitzelt am Jülich Supercomputing Centre (JSC) Höchstleistungen aus Quantencomputern heraus. Das sind Rechner, die nach den exotischen Regeln der Quantenwelt funktionieren. Sie besitzen das Potenzial, für bestimmte Anwendungen klassischen Hochleistungsrechnern deutlich überlegen zu sein. Theoretisch können sie zum Beispiel heutzutage übliche Verschlüsselungscodes knacken.
„Ich beschäftige mich damit, die Leistungsfähigkeit dieser Maschinen für bestimmte Aufgabenstellungen zu ermitteln“, erklärt die Forscherin. Universelle Quantencomputer, die frei programmierbar sind, befinden sich zurzeit bestenfalls noch im Prototypenstadium, sagt sie: „Wir möchten uns dennoch schon jetzt anschauen, welche Aufgaben sich mit zukünftigen Quantencomputern sinnvoll lösen lassen.“ Die Physikerin interessiert sich besonders für den Vergleich: Wozu sollten die Quantencomputer theoretisch in der Lage sein? Und was könnten sie tatsächlich schon leisten? „In der Theorie funktioniert immer alles wunderbar, aber erst wenn wir wirklich mit den Geräten arbeiten, sehen wir, wo es noch hakt.“
Die „JUelicher Nutzer-Infrastruktur für Quantencomputing“ (JUNIQ) bietet dafür die besten Möglichkeiten. Sie vereint verschiedene Quantensysteme, die in ihrer Art und in ihrem technologischen Reifegrad ein breites Spektrum abdecken: Der kommerzielle Quantenannealer der kanadischen Firma D-Wave (JUPSI) eignet sich besonders für Optimierungsaufgaben, etwa in der Logistik. Der Quantensimulator JADE des Unternehmens Pasqal kann Vorgänge in der Quantenwelt selbst nachstellen. Wissenschaft und Industrie aus Europa werden auch Zugriff auf den experimentellen Quantencomputer haben, an dem das vom Forschungszentrum Jülich koordinierte Großprojekt QSolid arbeitet.
„Als Nutzerin kann ich alle Modelle ausprobieren und schauen, welches System für eine konkrete Anwendung oder für einen bestimmten Quantenalgorithmus am besten passt“, sagt Madita Willsch. „Denn jeder Rechner hat seine spezifischen Vor- und Nachteile – die Geschwindigkeit zum Beispiel oder wie gut die einzelnen Informationsträger aneinandergekoppelt sind.“
Eine weitere Stärke von JUNIQ: Neben den Quantensystemen können auch die klassischen Hochleistungsrechner des JSC mitgenutzt werden. Diese Kombination weiß etwa der Physiker Dr. Jaka Vodeb zu schätzen, der gerade am slowenischen Jožef Stefan Institut seine eigene Forschungsgruppe aufbaut. Zuvor hat er in Jülich am Quantenannealer der kanadischen Firma D-Wave gearbeitet: „Zunächst ging es darum, die Fähigkeiten des Geräts zu erproben. Als wir gesehen haben, dass sich damit einige interessante Experimente durchführen ließen, haben wir uns einer relevanten physikalischen Aufgabenstellung zugewandt“, berichtet Vodeb.
Der Wissenschaftler hat Prozesse simuliert, die sich kurz nach dem Urknall abgespielt haben dürften. Die Frage: Hat das Vakuum im frühen Universum bereits seinen energieniedrigsten Zustand gefunden oder hängt es noch immer auf einem Zustand leicht erhöhter Energie fest? Dafür hat Jaka Vodeb erstmals das gesamte Potenzial des Annealers, mehr als 5.500 Qubits, ausgenutzt. Das Ergebnis verglich er anschließend mit einer Simulation, die er auf einem JSC-Supercomputer durchgeführt hat: „Wir haben grundsätzlich ähnliche Resultate erhalten. Das zeigt, dass der Annealer prinzipiell korrekte Ergebnisse liefert. Das stimmt uns zuversichtlich, dass Quantenrechner künftig auch komplexere Aufgaben, mit denen konventionelle Computer überfordert sind, korrekt lösen werden.“
Potenzial habe auch die Kombination beider Rechnerarten – wenn also ein Hochleistungscomputer mit integriertem KI-Modul den Quantenrechner unterstützt. „Durch die Kombination der unterschiedlichen Funktionsweisen könnten komplexeste Fragestellungen auf einzigartige Weise bearbeitet werden“, urteilt Jaka Vodeb. Jülich spiele hier mit seinem Rechnerökosystem eine Pionierrolle.
Wie es begann
Wissenschaftliches Rechnen hat eine lange Tradition in Jülich. Bereits 1961 wurde das Zentralinstitut für Angewandte Mathematik (ZAM) gegründet – als damals ungewöhnliche Kombination aus mathematischem Forschungsinstitut und Rechenzentrum. 1984 nahm es den schnellsten Supercomputer Europas in Betrieb, einen CRAY X-MP/22. Wie alle Hochleistungsrechner, die am ZAM und an dessen Nachfolger Jülich Supercomputing Centre (JSC) installiert wurden, wurde er für wissenschaftliche und industrielle Forschung genutzt. Seit 2025 steht ein besonderer Supercomputer in Jülich: Europas erster Exascale-Rechner JUPITER. JUNIQ erweitert das Angebot des JSC um eine weitere Rechnerart: Quantencomputer.
Dieser Artikel ist Teil der effzett 1/2026. Text: Arndt Reuning
