Quantencomputing auf dem OCP Summit Mit verschränkten Quantencomputern, Brücken, Heliumreduktion und breiten Türen geht es vorwärts

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Beim „Open Compute Summit 2025“ in San José gab es viele Vorträge zum Quantencomputing. Der Fortschritt ist rasant, und auf manchen Gebieten dürften sich Quantencomputer schnell als überlegen erweisen. Insgesamt dauert es aber noch ein bisschen bis zur vollen Praxisreife.

Wie weit ist Quantencomputing wirklich? Darüber sprach auf dem Open Compute (OCP) Summit 2025 Noah El Alami, ein Analyst des Marktforschungsunternehmens IDtechex. Die drei wesentlichen Segmente des Quantenmarktes sind Computing, Kommunikation und Sensorik.

Die Investitionen in alle drei Bereiche zusammen betragen aktuell jährlich mehr als 35 Milliarden Dollar. Aufgebracht wird das Kapital von privaten und öffentlichen Gebern, darunter auch extrem wohlhabende Einzelinvestoren wie Andreas Bechtolsheim, einst Gründer von Sun Microsystems und 1998 einer der ersten Investoren bei Google.

Acht Modalitäten – weitere möglich

Derzeit gibt es acht unterschiedliche Methoden („Modalitäten“), Qubits herzustellen respektive zu simulieren. Vier davon sind laut El Alami bereits so etabliert, dass es funktionierende Systeme im Markt gibt: Supraleitung zum Beispiel von IBM, IQM und Rigetti, Ionenfallen zum Beispiel von Ionq und Quantinuum, neutrale Atome zum Beispiel von Infleqtion oder Planqc und photonische Quantencomputer, an und mit denen unter Leitung von Q.ant an der Uni Paderborn gearbeitet wird.

Vier Verfahren gehören zumindest laut IDtechex noch zu den alternativen Designs, die weitere Entwicklung brauchen: Silikon-Spin zum Beispiel von Diraq oder Intel, topologisches Qantencomputing – diesen Ansatz verfolgt momentan Microsoft - Spin-Effekte im Diamantgitter mit dem australisch-deutschen Anbieter Quantum Brilliance und Digital Annealing mit beispielsweise von D:Wave oder NEC.

Unterschiedliche Umgebungen für jede Modalität

Es ist gut möglich, dass weitere hinzu Unternehmen hinzukommen. Niemand weiß heute, ob und welches Design sich am Ende durchsetzt.

Für jede der Technologien sind unterschiedliche Umgebungen notwendig. Dazu gehören meist aufwändige Kühltechniken für den Qubit-Erzeuger oder die Photonik sowie Vakuumerzeuger. Eine Ausnahme bilden hier die Diamant-basierten Technologien, die auch bei Zimmertemperatur funktionieren sollen.

Noch vier Jahre bis zur breiten Praxisreife

Es werde sich wegen der hohen nötigen Investitionen, so IDtechex, kurz- und mittelfristig am ehesten ein Cloud-basierte Servicemodell durchsetzen. Dabei verkaufen Hardwarelieferanten jeweils Full-Stack-Systeme an QaaS (Quantencomputing as a Service)-Anbieter. AI wirke unterstützend auf den Markt; beide Technologien entfalteten Synergien.

Zur Bewertung des Fortschritts beim Quantencomputing hat sich das Marktforschungsunternehmen eine zehnstufige Reifeskala (QCRL, Quantum Commercial Readyness Level) ausgedacht. Stufe 4 markiert die Phase, ab der es vorteilhaft ist, Quantencomputing für ein Problem einzusetzen.

Nach Einschätzung von IDTEchEx bewegen sich die heutigen Marktführer noch auf Stufe 3, also der fortgeschrittenen Entwicklung potentieller Anwendungsfälle. „Ab 2029 könnte Stufe 4 erreicht sein“, meint El Alami. Vorreiterbranchen seien Chemie/Pharma, Automotive, Luftfahrt und Finanzen.

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Dennoch ist es wichtig, schon heute dabei zu sein, um sich nicht am Ende auf der falschen Seite eines Quantum Divide zwischen Quanten-Nutzern und Quanten-Nichtnutzern wiederzufinden. Das gilt um so mehr, da der Zeitpunkt nicht mehr fern zu sein scheint, dass Quantencomputer auch die stärksten konventionellen Verschlüsselungen knacken können.

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Auf diesem Hintergrund ist alles zu bewerten, was an neuen Entwicklungen bei dem Summit präsentiert wurde. Beispielsweise von Reza Nejabati, Head of Research bei Cisco. „Bis wir wirklich nützliche Dinge auf dem Quantencomputer rechnen können, brauchen wir mindestens eine, am besten aber zehn Millionen Qubits“, behauptet er. Das bedeute fußballfeldgroße Kühlaggregate; so etwas sei aber selbstredend unrealistisch.

Die Lösung: Verknüpfte Quantencomputer mit superschnellen Verbindungen dazwischen. Cisco arbeitet beispielsweise an Quanten-Netzwerken. Dabei sind zwei Photonen auf den beiden Seiten ohne physische Verbindung verschränkt.

Physische Netzwerkverbindungen dienen hier nur der Steuerung. Durch die Verschränkung lassen sich zwischen den und mittels dieser Photonen Informationen übertragen.

Eine Million Photonenpaare gleichzeitig

Für solche Zwecke baut Cisco Entanglement-Quellen, die mehr als eine Million verschränkte Photonenpaare pro Kanal mit 99prozentiger Genauigkeit erzeugen kann. Das reicht für nutzbringende Anwendungen.

Gearbeitet wird ferner an Frequenzwandlern, da Quantencomputing-Frequenzen sich stark von denen unterscheiden, die in Telekom-Netzen verwendet werden. Telekom-Netze sind aber ein vielversprechendes Einsatzfeld für Quantentechnik.

Schließlich entwickelt Cisco auch an Quanten-Switches, die verknüpfte Photonen schalten und routen können, ohne sie zu verändern. Ein solcher Switch müsste Quantencomputer aller Modalitäten verknüpfen können.

Kopplung von Quanten- und klassischen Rechnern

Eine weitere unentbehrliche Komponente sind Transfer- und Steuerungsmodule, die Informationen von konventionellen in Quantencomputer und wieder zurück übertragen, ebenfalls unabhängig von der Modalität der Quantenkomponenten. Solche Systeme entwickelt Quantum Machines, ein im Juni 2024 gegründetes israelisches Startup.

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Der Hersteller koppelt multimodale Quantencomputer mit einem hyperkonvergenten klassischen Computersystem, das Storage, Netz und CPUs virtualisiert und softwaregesteuert auf Basis von Open-Source-Software anbietet. Verbunden werden die beiden Bereiche durch die so genannte Qbridge.

Eine Quantenbridge übersetzt

Mit Hilfe eines optischen NIC und der Q(Quanten)bridge „OPX1000“ können Signale mit einer Roundtrip-Latenz unter vier Mikrosekunden bei 64 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) Bandbreite zwischen optischem und einen Quantencomputer geschaltet werden.

Das System reagiert auf die vom Quantencomputer empfangenen Signale beziehungsweise transferiert Softwarebefehle aus dem hyperkonvergenten Rechner in für Quantencomputer verständliche Signale. Wegen der schnellen Beförderung, die kürzer ist als die Zeitspanne, in der Verschränkungen stabil bleiben, lassen sich konventionelle Programme damit sozusagen auf dem Quantencomputer rechnen.

Ein Gesamtsystem wächst durch Hinzufügen weiterer Bridges und optischer Karten. Dabei werden aber alle Bridges wie zentral gesteuert, es entsteht also kein zusätzlicher Aufwand.

Das Kälteproblem der Quantentechnik

Auch Quantencomputing hat, auf der Seite der tiefstgeühlten Quantenrechner, also solche, für die ein Kryostat und Temperaturen neh dem absoluten Nullpunkt notwendig sind, ein gewaltiges Kühlproblem. Laut Kyle Thompson, Maybell Quantum, wird dies mit jedem zusätzlichen Qubit virulenter. „Bei nur 50 Qubits verschlingt der Quanten-Teil ein Drittel der gesamten Kühlleistung eines Rechenzentrums“, sagt er.

Hier müsse man grundsätzlich anders denken, wenn es um Tausende oder noch mehr Qubits gehe. Da helfe noch so gute Optimierung nichts, denn rund 40 Prozent dieser Kühllast sei einfach durch physische Gesetze verursacht, also nicht durch Optimierung wegzubringen.

Helium als Kühlquelle

Maybell Quantum setzt auf einen neuen, modularen Ansatz, der so genannten Cold Cloud. Die Idee: Zentralisierte, heliumbasierte Kälteressourcen mit geschlossenem Helium-Kreislauf liefern ausreichend Kälte für Temperaturen von 4 bis 77 Kelvin. Verstärkt wird die Kühlung durch einen kleiner dimensionierten Kälte-Booster im Rechnerbereich.

Die Ziel-Kälte zwischen 5 Mikrokelvin und 77 Kelvin wird über Kühlkontakte auf die kühlungsbedürftigen Elemente verteilt, wo die jeweiligen Tasks gerechnet werden. Das Kühlmittel fließt zurück und der Kreislauf beginnt von vorn.

Neben der Vorstellung diverser Quanten-Testbeds und -Einrichtungen wie dem kanadischen Kirq oder dem britischen nationalen Quantencomputingzentrum gab es vom finnischen Hersteller IQM eine sehr interessante Präsentation darüber, welche Voraussetzungen gegeben sein müssen, wenn ein bestehendes Rechenzentrum durch Quantenressourcen erweitert wird (Hier ein Video von OCP EMEASummit 2025: „Fitting Big Quantum Computers Through Small Doors“.

Empfindliche Quantencomputer

Die finnische IQM sieht sich derzeit mit mehr als 15 installierten Quantencomputern und einem Marktanteil von 15 Prozent als Marktführer, hat also reichlich Erfahrung mit dem Quantencomputereinbau. Besondere Herausforderungen, so Kristine Rezai, Tech Presales Engineer bei IQM, stellten sich beim Betrieb durch die hohe elektromagnetische und Vibrationsempfindlichkeit der Quantensysteme.

Deshalb werden Gleich- und Wechselstromfelder vor Installationen mit besonderer Sorgfalt und über 25 Stunden gemessen. Magnetische Gleichstromfelder dürfen auf Höhe des Kryrostaten maximal 100 Mikrotesla stark sein, Wechselstromfelder maximal ein Mikrotesla.

Das Vibrationslimit entspricht dem der ISO für Büroräume, ist also sehr niedrig. Der Schalldruck muss unter 80 Dezibel (dB) über eine Frequenzspanne zwischen 20 Hertz (Hz) und 20 kHz liegen. Die Temperatur muss zwischen 20 und 25 Grad betragen und darf in zwölf Stunden maximal um ein Grad schwanken. Die Luftfeuchtigkeit ist auf 25 bis 60 Prozent definiert.

Breite Türen nötig

Dazu kommen die anderen Maße eines Quantencomputers. Rezai: „Oft sind Aufzug- oder andere Türen zu schmal.“ Ein größeres IQM-System misst 80*135*220 cm (B*T*H). Die Traglast der Böden muss bei 1000 Kilo pro Quadratmeter liegen. Verschiedene Anschlüsse in ausreichender Dimensionierung sind vorzuhalten.

Außerdem ist der Energieverbrauch für Betrieb und Kühlung/Luftaufbereitung zu bedenken. Er beträgt bei größeren IQM-Systemen für letzteres 33 Kilowatt (kW), für den Betrieb 26 kW. Das ist vergleichsweise wenig. Stimmen alle Voraussetzungen, veranschlagt IQM für die Installation sechs bis acht Wochen.

Kalibriert wird ein IQM-System in den ersten hundert Tagen automatisiert und kontinuierlich zweimal täglich für achtzig Minuten. Dafür braucht es keinen Mitarbeiter vor Ort.

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