Forschung der Zukunft

„Pionier-Arbeit“ in Garching: München bekommt einen Quantencomputer

München: Dieter Kranzlmüller, Leiter des Leibniz-Rechenzentrums in Garching, mit dem Hochleistungsrechner „SuperMUC-NG“
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Im Inneren des Supercomputers: Dieter Kranzlmüller, Leiter des Leibniz-Rechenzentrums in Garching, mit dem Hochleistungsrechner „SuperMUC-NG“

Vom Bit zum Qubit: Deutschlands zweitschnellster Hochleistungsrechner in Garching soll um einen Quantencomputer erweitert werden. Ein großer Schritt.

München – Auch in Bayerns Herzkammer der Digitalisierung läuft manches noch ganz analog. Bevor Dieter Kranzlmüller die heiligen Hallen der Supercomputer betritt, drückt er einen Magneten mit seinem Namen darauf an eine Tafel vor dem Eingang. „Damit die Feuerwehr bei einem Stromausfall weiß, wer noch im Gebäude ist“, sagt der Leiter des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) in Garching im Kreis München*.

Sicherheit wird großgeschrieben im Garchinger Rechenzentrum. Ein faradayscher Käfig schirmt das Gebäude vor Mobilfunksignalen und Blitzschlägen ab. Und wer einen Blick auf einen der schnellsten Hochleistungscomputer Europas werfen will, muss sich außerdem ausweisen können. Kein Fingerabdruck- oder Augenscan wie im Science-Fiction-Film, sondern der gute alte Personalausweis. Keine Ausnahmen, nicht mal für Chef Kranzlmüller – oder den Ministerpräsidenten, der hier kürzlich zu Gast war.

300 Mio. für den von Quantencomputer: Markus Söder begeistert „Warp-Antrieb für die Forschung der Zukunft“

Markus Söder kam natürlich nicht ohne Grund. Denn in Garching steht mit dem sogenannten SuperMUC-NG nicht nur ein Supercomputer, der etwa mit der Prozessorleistung von zwei Millionen Iphones aufwarten kann. Künftig soll dieser mit einem Quantencomputer verknüpft werden.

Und das LRZ soll mit seinem „Quantum Integration Centre“ Dreh- und Angelpunkt werden in der Frage, wie man Quantencomputer künftig etwa für die Forschung nutzbar machen könnte. Dafür steckt der Freistaat Bayern 300 Millionen Euro an Fördergeldern in die Entwicklung der Quantentechnologie. Oder wie Star-Trek-Fan Söder es formuliert: „Das ist der Warp-Antrieb für die Forschung der Zukunft.“

Garching: Ein Quantencomputer für München - Hier „wird Pionierarbeit geleistet.“

Aber was kann so ein Quantencomputer überhaupt? Kranzlmüller vergleicht die unterschiedliche Herangehensweise im Vergleich zu einem herkömmlichen Rechner gerne mit einem Zahlenschloss. „Bei einem Schloss mit vier Ziffern gibt es 10 000 Kombinationen.“ Ein klassischer Rechner wie der SuperMUC probiert nacheinander jede Kombination aus, bis er die richtige gefunden hat. Je besser die Rechenleistung, desto schneller geht das. Und ein Quantencomputer? „Der kann alle Kombinationen auf einmal ausprobieren“, sagt Kranzlmüller. Ein Quantensprung in der Computertechnik.

Das ist hier keine Spielerei. Mithilfe unserer Rechner wird Pionierarbeit geleistet.

Dieter Kranzlmüller, Leiter des Leibniz-Rechenzentrums in Garching

Kranzlmüller steht im Inneren des sogenannten Rechenwürfels in Garching in einem der langen Gänge, links und rechts von ihm meterhohe Schränke, sogenannte Racks, in denen die Technik des SuperMUC-NG verbaut ist. Auf dessen Rechenkraft mit einer Verarbeitungsgeschwindigkeit von fast 27 Petaflops greifen mittlerweile weltweit rund 2800 Wissenschaftler für komplexe Berechnungsaufgaben zurück. Etwa, um Modelle unserer Galaxie zu simulieren. Um die Entstehung von Tsunamis zu berechnen. Oder um in der Medizin Genom-Daten auszulesen. „Das ist hier keine Spielerei“, sagt Kranzlmüller. „Mithilfe unserer Rechner wird Pionierarbeit geleistet.“

Garching: Quantencomputer für München - Hilfe bei Medikamenten-Entwicklung und KI

Dabei soll künftig auch der Quantencomputer helfen. Und zwar dann, wenn es für ein Problem so viele Lösungsmöglichkeiten gibt, dass der Supercomputer überfordert ist. Zahlenschlossprinzip. Das könnte bei der Medikamentenentwicklung* oder Künstlicher Intelligenz helfen.

Doch da gibt es noch ein paar Hürden zu überwinden. Denn der Quantencomputer für das LRZ muss erst noch entwickelt werden. Daran arbeiten andere. Die Aufgabe von Kranzlmüller und seinem Team wird es sein, die Technologie, sobald sie vorhanden ist, mit dem Supercomputer zu verknüpfen und den Forschern dieser Welt zugänglich zu machen. Deshalb wird am SuperMuc schon jetzt mit sogenannten Quantensimulatoren gearbeitet. Frei programmierbare, universelle Quantencomputer werden erst für das Jahr 2030 erwartet.

„Supermuc“ im LRZ München bekommt Zuwachs: Herausforderunge bei der Installation

Und dann gilt es auch noch das Kühlproblem zu lösen. Denn ein Quantencomputer muss auf minus 273 Grad heruntergekühlt werden, damit er seine Rechenleistung erbringen kann. Das LRZ braucht also ein Kryostat, ein Kühlgerät, mit dem sehr tiefe Temperaturen erreicht werden. Schon mit dem SuperMuc ging das LRZ bei der Kühlung neue Wege. Der Rechner wird mit Warmwasser mit einer Temperatur von 45 Grad gekühlt. Der Vorteil: Dieses Wasser muss danach nicht energieaufwendig wieder heruntergekühlt werden. Es kommt einfach in Becken auf dem Dach – und kühlt dabei dank der niedrigeren Außentemperatur* von alleine wieder ab, ehe es zurück in den Kreislauf kommt.

Nun sind also die Quantenphysiker gefragt, die nächsten Entwicklungsschritte vom Bit zum Qubit, mit dem Quantencomputer rechnen, zu gehen. „Es ist wahnsinnig spannend, diese Entwicklung zu begleiten“, sagt Kranzlmüller. Dass es dabei auch für die klügsten Köpfe dieses Planeten noch das ein oder andere Rätsel zu lösen gibt, illustriert er mit einem Zitat des Jahrhundert-Physikers und Nobelpreisträgers Richard Feynman: „Wer glaubt, die Quantentheorie verstanden zu haben, hat sie nicht verstanden.“ (Dominik Göttler) *tz.de/muenchen ist ein Angebot von IPPEN.MEDIA

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