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Exit: Quantum verlässt das Labor Industrielle Chipfertigung macht Quanten-Beschleuniger für Rechenzentren erst möglich

Ein Gastbeitrag von Sven Beyer* 8 min Lesedauer

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Globalfoundries Dresden Module One LLC & Co.KG
GLOBALFOUNDRIES Europe Ltd Zweigndl. Deutschland
RITTAL GmbH & Co. KG

Skalierbarkeit ist der entscheidender Faktor: Für die nächsten Jahre ist davon auszugehen, dass verschiedene Qubit-Modalitäten parallel weiterentwickelt werden. Welche Architektur sich langfristig durchsetzt oder ob spezialisierte Lösungen nebeneinander bestehen, hängt weniger von physikalischen Prinzipien als von ihrer industriellen Skalierbarkeit ab.

Am 21. Mai 2026 hat Globa lFoundries den Geschäftszweig „Quantum Technology Solutions“ ins Leben gerufen, der zur Skalierung der Fertigungskapazitäten gedacht ist. Der Geschäftsbereich startet mit Kundenverträgen und einer Pipeline von Quanteninnovatoren, die darauf ausgerichtet sind, auf seiner Plattform zu skalieren, so Silicon Saxony. (Bild: frei lizenziert: Gerhard Altmann / Pixabay)
Am 21. Mai 2026 hat Globa lFoundries den Geschäftszweig „Quantum Technology Solutions“ ins Leben gerufen, der zur Skalierung der Fertigungskapazitäten gedacht ist. Der Geschäftsbereich startet mit Kundenverträgen und einer Pipeline von Quanteninnovatoren, die darauf ausgerichtet sind, auf seiner Plattform zu skalieren, so Silicon Saxony.
(Bild: frei lizenziert: Gerhard Altmann / Pixabay)

Quantum Computing hat sich von einem Laborthema zu einem neuen Rechenparadigma entwickelt, das bestimmte Problemklassen deutlich schneller lösen kann als klassische Systeme. Grundlage sind die drei Prinzipien der Quantenmechanik: Superposition, Verschränkung (Entanglement) und Interferenz (Interference). Anders als ein klassisches Bit, das nur den Zustand 0 oder 1 einnehmen kann, kann ein Qubit in einem Überlagerungszustand aus 0 und 1 existieren und erst bei der Messung „entscheidet“ sich ein konkretes Ergebnis.

In diesem Beitrag geht es darum, was dieses neue Paradigma für Rechenzentren bedeutet, also von den wichtigsten Use Cases über die Rolle von Quanten-Accelerators bis hin zur Frage, wie industrielle Chipfertigung den Sprung von „Lab to Fab“ ermöglicht.

Die Nullen und Einsen lassen sich mithilfe mathematischer Funktionen verarbeiten, so dass aus gegebenen Eingabewerten eindeutig bestimmte Ergebniswerte entstehen. Dabei existieren Funktionen, die nicht umkehrbar sind.

Global Foundries gründet Quantum Technology Solutions und gibt 1 Prozent an den Staat

In einer Pressemitteilung teilt Global Foundries mit: „Mit mehr als einem Jahrzehnt Partnerschaft mit der US-Regierung und Kunden in kritischen Halbleitertechnologien sowie nachhaltigen Investitionen in kryogene CMOS-Technologie, fortschrittliche Verpackungstechniken und Materialwissenschaften hat Global Foundries die industrielle Basis geschaffen, auf der Quantenunternehmen, die US-Regierung und verbündete Innovatoren aufbauen können. Diese Fähigkeiten markieren den Einstieg von Global Foundries in die nächste Generation des Hochleistungsrechnens (HPC).“

Während das vergangene Jahrzehnt des HPC von CPUs, GPUs und KI-ASICs mit fortschrittlichen Knoten geprägt gewesen sei, werde sich die nächste Generation darauf konzentrieren, Quantencomputing in der Praxis zu ermöglichen, und Global Foundries die komplette Quantenhardware herstellen – von Quantenprozessoreinheiten (QPUs) über die kryogenen Auslese- und Steuer-ICs, die diese betreiben, bis hin zu fortschrittlichen Gehäusen und supraleitenden Verbindungen, die sie zu Systemen verbinden.

Diese Bemühungen werden von Quantenunternehmen, die bereits mit der Fertigung von GF zusammenarbeiten, sowie vom US-Handelsministerium, einem langjährigen Partner von GF im Bereich kritischer Halbleitertechnologien, getragen. Das US-Handelsministerium und GF haben eine Absichtserklärung unterzeichnet, wonach GF 375 Millionen Dollar erhalten soll, um den Aufbau von Quantum Technology Solutions zu beschleunigen. Das sei ein Schritt, der die Bedeutung einer heimischen Quantenfertigungsbasis für die nationale Sicherheit der USA widerspiegele.

Die US-staatliche Beteiligung an Global Foundries

In einer separaten Vereinbarung erhält das US-Handelsministerium eine strategische Kapitalbeteiligung an Global Foundries,. Diese macht die zum Datum der Abteilungsgründung etwa ein Prozent der Anteile aus und ermöglicht es amerikanischen Öffentlichkeit, am Wachstum von Global Foundries teilzuhaben.

Howard Lutnick ist der Handelsminister der USA. Er sagt: „Mit den heutigen CHIPS-Forschungs- und Entwicklungsinvestitionen in Quantencomputing führt die Trump-Regierung die Welt in eine neue Ära amerikanischer Innovation. Diese strategischen Investitionen in Quantentechnologie werden unsere heimische Industrie stärken, Tausende gut bezahlter amerikanischer Arbeitsplätze schaffen und gleichzeitig die amerikanischen Quantenkapazitäten vorantreiben.“

Ohne Umkehr

Das bedeutet, dass sich aus einem Ergebnis nicht ohne Weiteres auf die zugrunde liegenden Eingangswerte schließen lässt. Um für ein bestimmtes Ergebnis die passenden Eingangszahlen zu ermitteln, bleibt daher oft nur der Weg, alle möglichen Kombinationen systematisch auszuprobieren.

In einem Quantencomputer hingegen arbeiten so genannte Qubits, die sich, solange sie nicht gemessen werden, in einer Überlagerung der Zustände 0 und 1 befinden (Superposition). Durch gezielte Nutzung von Interferenz und Verschränkung lassen sich die Wahrscheinlichkeiten beeinflussen, mit denen ein Qubit bei einer Messung den Wert 0 oder 1 annimmt.

Auf diese Weise kann das System so gesteuert werden, dass bestimmte Ergebnisse bevorzugt auftreten. Insbesondere lassen sich die Wahrscheinlichkeiten so formen, dass die Qubits mit erhöhter Wahrscheinlichkeit genau jene Eingangswerte repräsentieren, die zu einem gegebenen Ergebnis einer mathematischen Funktion führen.

Stabile Qubits sind der Schlüssel zur Quantenkommerzialisierung

Eine zentrale Herausforderung bei der Kommerzialisierung von Quantencomputern besteht darin, dass ihr signifikanter Geschwindigkeitsvorteil erst bei Problemstellungen mit sehr großen Zahlenräumen und entsprechend komplexen Eingangsparametern zum Tragen kommt. Dies setzt eine hohe Anzahl stabiler Qubits voraus, die über ausreichend lange Zeiträume hinweg störungsfrei betrieben werden können. Entscheidend sind dabei insbesondere eine lange Kohärenzzeit („coherence time“) sowie eine hohe Fehlertoleranz („fidelity“), um Quantenalgorithmen zuverlässig und reproduzierbar ausführen zu können.

Es gibt verschiedenste mögliche Quantensysteme, mit denen gearbeitet werden kann. Diese unterscheiden sich hinsichtlich der Robustheit beziehungsweise Störanfälligkeit (coherence time) und Skalierbarkeit, also der Möglichkeit, viele stabile, verschränkbare und kontrollierbare Qubits herzustellen.

Einige dieser Systeme sind zwar stabil und vergleichsweise gut kontrollierbar, lassen sich jedoch weder auf Zehntausende oder gar Millionen Einheiten skalieren noch räumlich so dicht integrieren, dass eine effektive Verschränkung möglich wird. Andere, vor allem diejenigen, welche auf der Strukturierungstechnologie von CMOS-Transistor-Microchips basieren, lassen sich gut skalieren und kontrollieren, haben aber derzeit noch Probleme im Bereich der Stabilität.

Der Quantencomputer ist also für die Lösung dieser speziellen, nicht umkehrbaren mathematischen Funktionen ein enormer Beschleuniger und ergänzt somit die Welt der klassischen Computer-Systeme. Beispiele für solche nicht umkehrbaren mathematischen Funktionen sind unter anderem das Auffinden stabiler Atom-Anordnungen in Molekülen wie sie beispielsweise in der Pharmaindustrie gesucht werden, Such-Algorithmen wie das „Traveling-Salesman-Problem“ oder die Bestimmung der Schlüssel für Verschlüsselungs-Algorithmen.

Wertschöpfungspotenziale und Anwendungsfelder

Sobald Systeme mit einigen Hundert bis Tausend logischen Qubits – also fehlertoleranten Qubits – verfügbar sind, rechnen Analysten mit jährlichen Wertschöpfungspotenzialen bis hin zu Hunderten Milliarden Dollar. Für Betreiber von Rechenzentren, Cloud Provider und Hyperscaler stellt sich damit nicht die Frage „ob“, sondern „wann“ und in welcher Form sie Quantum-Workloads in ihre Infrastrukturen integrieren.

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Konkrete Anwendungsfelder sind unter anderem:

Pharma und Life Sciences: Präzisere Molekülsimulationen können Entwicklungszyklen für neue Medikamente von Jahren auf Monate verkürzen.

Finanzen: Quantum-Algorithmen versprechen neue Ansätze in Portfolio-Optimierung, Risikomodellierung, Fraud Detection und Derivate-Pricing – mit potenziell besserer Genauigkeit in volatilen Märkten.

Logistik und Supply Chain: Echtzeit-Optimierung von Routen-, Lager- und Produktionsplanung kann Kosten senken und Resilienz erhöhen.

Materials Science und Energie: Die Simulation komplexer Elektronenwechselwirkungen kann die Entwicklung neuartiger Materialien vorantreiben – von Supraleitern über Batterien bis hin zu Photovoltaik.

KI und Machine Learning: Quantum-enhanced Modelle könnten Mustererkennung und generative KI in bestimmten Teilbereichen deutlich beschleunigen.

Cyber-Sicherheit: Während leistungsfähige Quantencomputer klassische Kryptografie bedrohen und den Umstieg auf Post-Quantum-Kryptografie erforderlich machen, ermöglichen sie zugleich neue Verfahren wie Quantum Key Distribution.

Das bedeutet „Quantum-ready Hardware“ für Rechenzentren

Für Rechenzentrumsbetreiber und Cloud Provider stellt sich damit sehr konkret die Frage, wie sich „Quantum-ready Hardware“ in bestehende Architekturen und Investitionszyklen einfügt: Kurz bis mittelfristig werden Quantenprozessoren ähnlich wie GPUs als spezialisierte Accelerators neben klassischen CPU- und HPC-Stacks laufen, angebunden über etablierte Interconnect- und Netzwerkstrukturen.

Entscheidend für die Planung neuer Datacenter-Flächen, Edge-Standorte und Co-Location-Angebote sind daher Standardisierung und Skalierbarkeit auf Fertigungsseite; denn nur wenn Quantenchips auf verlässlichen, wiederholbar qualifizierten 300-mm-Prozessen entstehen, lassen sich Energiebedarf, Kühlkonzepte, Verfügbarkeitsklassen und Lebenszykluskosten sinnvoll kalkulieren. Industrialisierte Foundry-Plattformen bilden damit die Voraussetzung, dass aus punktuellen Pilotaufbauten robuste, über Jahre planbare Quantum-Pods und Hybrid-Umgebungen im Rechenzentrum werden.

Der Wendepunkt: Von Lab zu Fab

Technologisch befindet sich Quantum Computing an einem Wendepunkt. Die Frage lautet weniger, ob sich einzelne Qubits im Labor kontrollieren lassen, sondern wie komplette Systeme so gefertigt werden können, dass sie in der Praxis skalierbar, reproduzierbar und wirtschaftlich betreibbar werden.

Ein zentrales Problem: Es gibt noch keinen Konsens über die „richtige“ Qubit-Technologie. In der Entwicklung sind unter anderem supraleitende Schaltkreise, trapped ions, photonic qubits, silicon spin qubits, neutrale Atome, topologische Qubits und hybride Ansätze. Wie anfänglich beschrieben, bringt jede dieser Modalitäten eigene Stärken und Schwächen mit in Bezug auf Fidelity der Operationen, Kohärenzzeiten, Skalierbarkeit und Betriebstemperatur.

Für die Industrie bedeutet das: Der Engpass verschiebt sich weg von der Demonstration einzelner Devices hin zu einem Foundry-Problem – also der Fähigkeit, unterschiedliche Ansätze auf standardisierten, skalierbaren Fertigungsplattformen zu realisieren.

Fertigungsanforderungen für skalierbare Quantenchips

Über alle Modalitäten hinweg zeichnen sich gemeinsame Fertigungsanforderungen ab, die auch für die Integration in Rechenzentren maßgeblich sind. Dazu zählen strenge Prozesskontrolle und Materialhomogenität zur Sicherstellung reproduzierbarer Qubit-Eigenschaften, die enge Integration von klassischer Elektronik und Photonics für Control, Readout und High-Speed-Interconnects, ultra-low-noise-Interfaces von der Device-Ebene über Packaging bis hin zu Interconnects sowie Advanced Packaging für heterogene Integration, etwa die Kombination von Quantenprozessoren mit Control-ASICs und optischen Komponenten auf Systemebene.

Ein zusätzlicher Erfolgsfaktor ist die Möglichkeit, R&D, Prototyping und frühe Produktgenerationen möglichst auf derselben industriellen Fertigungsinfrastruktur zu realisieren, die später auch für Volumenproduktion genutzt wird. Das reduziert Übergangsrisiken und erleichtert den Übergang von Lab Setups zu industrietauglichen Systemen, die sich perspektivisch auch in Rechenzentrumsumgebungen integrieren lassen. All diese gefragten Anforderungen hat die moderne CMOS-Microchip-Fertigung durch die Moore’sche Skalierung über Jahrzehnte hinweg bereits perfektioniert.

Manufacturing-first: Rolle der Foundries

Vor diesem Hintergrund setzen CMOS-Microchip-Auftragsfertiger (Foundries) wie Global Foundries auf einen Manufacturing-first-Ansatz. Statt sich auf eine einzige Qubit-Technologie festzulegen, werden skalierbare, konfigurierbare Halbleiterplattformen aufgebaut, die verschiedene Quantum-Architekturen unterstützen können, sobald diese einen entsprechenden Reifegrad erreicht haben.

Als nahezu perfekte Basis gehören dazu unter anderem HKMG FD-SOI-Technologien wie 22FDX, die in der Quantum-Community als Basis für eng integrierte klassische, digitale Control- und Readout-Elektronik sowie System-on-Chip-Quanten-Architekturen bereitgestellt und charakterisiert werden. Hinzu kommen High-Voltage- und RF-fähige Plattformen bzw. Bauelemente, die für Power Delivery, Signalerzeugung und Verstärkung in skalierenden Quantensystemen relevant sind, Lösungen für heterogene Integration und Advanced Packaging, die es ermöglichen, Quantenprozessoren, Control-Elektronik, Photonics und Interconnects zu industriell fertigen Systemen zu kombinieren, sowie Silicon Photonics auf 300-mm-Wafern als skalierbares Fundament für photonic quantum systems und optische Schnittstellen.

Die Nutzung bereits qualifizierter Fertigungslinien reduziert Risiko, Kosten und Time-to-Market im Vergleich zu vollständig maßgeschneiderten, nur für eine einzelne Modalität ausgelegten Prozessen. Für Betreiber von Rechenzentren und Cloud-Umgebungen bedeutet das, dass künftige Quantum-Accelerators frühzeitig auf Plattformen entstehen, die in der klassischen Halbleiterwelt etabliert sind – mit entsprechenden Vorteilen bei Supply Chain, Skalierbarkeit und Verfügbarkeit.

*Der Autor
Sven Beyer erwarb seinen Master und promovierte in Physik an der Universität Hamburg. Er begann seine Karriere 2003 bei Infineon als Fertigungsingenieur in der Ätzabteilung. 2005 wechselte er in die Integrationsabteilung von AMD und war 2007 für ein Jahr im Rahmen der IBM-ASTA-Allianz an der Entwicklung des 45-Nanometer-Prozessknotens beteiligt. Nach seiner Rückkehr nach Dresden hatte Sven seitdem zahlreiche Funktionen inne, die vom Leiter der Integrationstechnologie bis zum Kundendienst reichten und die Trennung von Global Foundries und AMD überdauerten.
Heute ist er als Fellow bei Global Foundries FAB1 als Technologiearchitekt (TA) tätig und betreut hauptsächlich die CMOS-Roadmap und -Entwicklung in Dresden, mit besonderem Schwerpunkt auf eingebetteten nichtflüchtigen Speichern (eNVM), Künstlicher Intelligenz (KI) und Quantencomputing.
Er sagt: Entscheidend wird sein, welche Ansätze sich auf reproduzierbare, erweiterbare Fertigungs- und Packaging-Plattformen bringen lassen und damit den Sprung von der Forschung in den Rechenzentrumsbetrieb schaffen. In diesem Umfeld kommt Foundries eine zentrale Rolle zu: Sie wählen nicht die „Siegerarchitektur“, sondern stellen die industrielle Basis bereit, auf der unterschiedliche Quantum-Konzepte zur Reife gelangen können.

Bildquelle: Global Foundries

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