Mobile-Menu

10×13-Registers aus Strontiumatomen Neutralatomarer Quantencomputer von Planqc macht Fortschritte

Von Planqc 4 min Lesedauer

Anbieter zum Thema

PlanQC GmbH
Technische Universität München Fakultät für Informatik
BDLI - Bundesverband der Deutschen Luft- und Raumfahrtindustrie e.V.
Airbus Deutschland GmbH
Rittal GmbH & Co. KG
mehr weniger
Company-Flyout
DAXTEN GmbH
STACKIT GmbH & Co. KG
weniger

Das Neutralatom-Projekt „Dinaqc“ von Planqc hat einen wichtigen Meilenstein erreicht: die Erzeugung eines 10×13-Registers aus Strontiumatomen, teilt das Unternehmen Anfang November mit. Damit ist die Grundlage für das Rechnen mit Neutralatomen am Innovationszentrum Ulm gelegt.

Das 10×13-Atomregister aus dem Projekt „Dinacq“ vom Startup Planqc aus Garching. (Bild: Planqc für DLR QCI 2025 · CC BY-ND-NC 3.0)
Das 10×13-Atomregister aus dem Projekt „Dinacq“ vom Startup Planqc aus Garching.
(Bild: Planqc für DLR QCI 2025 · CC BY-ND-NC 3.0)

Planqc baut Quantencomputer, die Informationen in einzelnen Atomen speichern. Das Deep-Tech-Unternehmen Planqc ist als erstes Start-up aus dem 'Munich Quantum Valley' hervorgegangen und wurde Jahr 2022 von einem Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik und der Ludwig-Maximilians-Universität München gegründet.

Wer mit Neutralatomen rechnen will, muss diese in optischen Fallen fangen, kühlen und mithilfe optischer Pinzetten – Atom für Atom – sortieren. Erst dann können die einzelne Atome gezielt angesprochen, in Wechselwirkung gebracht und so als Qubits in einem Quantencomputer genutzt werden.

Für den digitalen Neutralatom-Quantencomputer (Dinaqc) nutzt Planqc neutrale Strontiumatome als Qubits, die mit optischen Pinzetten in einem rechteckigen Raster angeordnet werden. Diese saubere Anordnung als Atomregister – jeder Gitterpunkt ist ein Atom also ein Qubit – ist der technologische Erfolg ein Meilenstein.

Auf dem Weg zu 100 Qubits

Die Aufgabe ist komplex: Zunächst wird die optische Falle stochastisch mit Atomen geladen; jeder Gitterpunkte ist mit Atomen überfüllt. Dann werden überflüssige Atome entfernt. Mithilfe beweglicher optischer Pinzetten können nun einzelne Atome aus beliebigen Gitterpunkten entnommen und an leere Gitterpunkte versetzt werden. Nach und nach entsteht so ein sortiertes, voll besetztes Atomregister. Die Qubits sind bereit.

Dass dieser im Meilenstein, bezeichnet als „MS 3.1“ gelungen ist, intepretiert Planqc als Beweis für die technologische Tragfähigkeit des Ansatzes und dass es auf einem guten Weg zum ersten 100-Qubit-Quantencomputer in Deutschlands ist. Zugleich wird betont, dass es auch nur ein Zwischenschritt zum voll funktionsfähigen Quantencomputer mit mindestens 100 Qubits ist.

Als nächstes will Planqc das Lasersystem einem Upgrade unterziehen, wodurch 1- und 2-Qubit-Gatter auf den Neutralatom-Qubits ausgeführt werden können. Damit können dann tatsächlich Quantenalgorithmen auf dem Atomregister ausgeführt werden.

Das DLR QCI-Logo zeigt nicht einzelne Atome, sondern wurde mit mehrfachbesetzten Gitterpunkten im Atomregister erstellt. Jeder Punkt ist gefüllt mit vielen Atomen.(Bild: DLR QCI)
Das DLR QCI-Logo zeigt nicht einzelne Atome, sondern wurde mit mehrfachbesetzten Gitterpunkten im Atomregister erstellt. Jeder Punkt ist gefüllt mit vielen Atomen.
(Bild: DLR QCI)

Verfügbar über QCI Connect

Betrieben wird der Dinaqc-Rechner in Ulmer Innovationszentrum. Zugänglich ist er über „QCI Connect“, einem Angebot von QCI - die DLR Quantencomputing Initiative. Zwar haben zunächst nur DLR-QCI-Projekte Zugang zu QCI Connect, doch lassen sich Zugangsberechtigungen anfragen. Denn generell gilt, dass die Initiative Partnern aus Industrie, Start-ups und Forschung Rechenzeit auf den Quantencomputern und anderen Rechenressourcen zur Verfügung stellt.

Planqc bringt Quantencomputing in die Luftfahrt

Wie können Quantencomputer die Entwicklung von Flugzeugen verbessern und die Luftfahrt nachhaltiger machen? Diese Frage will das Planqc gemeinsam mit der Technischen Universität München (TUM), dem Software-Anbieter Engys und dem Luft- und Raumfahrtunternehmen Airbus beantworten. Das Projekt findet im Auftrag der Quantum Computing Initiative (DLR QCI) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt statt.

In enger Zusammenarbeit hält sich im Rahmen von zwei sich ergänzenden DLR-QCI-Projekten: „NeMoQC“, steht für Neuromorphic Quantum Computing, und „ToQuaFlics“, kurz für Towards Quantum Fluid Dynamics. Als Hauptauftragnehmer ist Planqc für die Umsetzung verantwortlich, während die TUM, vertreten durch den Lehrstuhl für Aerodynamik und Strömungsmechanik, und das Münchner Institut für Integrierte Material- und Verfahrenstechnik, Engys und Airbus als Unterauftragnehmer mitwirken.

Der Ansatz: Mit Hilfe von Quanten- und quanteninspirierten Algorithmen sollen komplexe physikalische Strömungs- und Strukturprozesse deutlich schneller und genauer simuliert werden als mit klassischen Methoden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die aerodynamische Gestaltung und Optimierung zukünftiger Flugzeugkonzepte. Quantencomputing soll somit nicht nur zu mehr Nachhaltigkeit und Komfort in der Luftfahrt beitragen, sondern auch zu einem Wettbewerbsvorteil auf den globalen Märkten.

Quantenbasierte Vorhersage und Strömungssimulation

NeMoQC unter der Leitung des DLR-Instituts für KI-Sicherheit konzentriert sich auf hochkomplexe aeroelastische Probleme, gemeint ist die Wechselwirkung zwischen Luftströmung und Flugzeugstrukturen wie Tragflächen. Die Vorhersage dieser Effekte erfordert heute umfangreiche Berechnungen und Tests, deren Aufwand mit zunehmender Komplexität der Flugzeuge weiter steigen wird.

Nun sollen mithilfe neuartiger Quantenmethoden aeroelastische Effekte in einer Vielzahl von Flugszenarien präziser simuliert werden. Für die Luftfahrt bedeutet dies weniger physikalische Tests an realen Flugzeugkonfigurationen oder in Windkanälen, mehr digitale Validierung und schnellere Konstruktionsentscheidungen. Insbesondere in frühen Entwicklungsphasen können Teams Geometrien und strukturelle Eigenschaften besser beurteilen.

ToQuaFlics, ebenfalls unter der Leitung des DLR-Instituts für Aerodynamik und Strömungstechnik, verfolgt einen anderen Ansatz: Anstelle der Aeroelastizität konzentriert sich das Projekt auf die Berechnung komplexer Strömungsverhältnisse, beispielsweise wird untersucht, wie sich Luft bei verschiedenen Geschwindigkeiten im Detail um Rümpfe, Tragflächen oder Triebwerke verhält. Auch diese Simulationen sind für die Aerodynamik von Flugzeugen von entscheidender Bedeutung, aber äußerst zeit- und rechenintensiv, insbesondere wenn eine hohe Genauigkeit erforderlich ist.

So werden Quantenalgorithmen entwickelt, die solche Simulationen drastisch beschleunigen oder extrem große und genaue Simulationen ermöglichen können, die derzeit nicht realisierbar sind. Als Vorläufer arbeitet das Konsortium auch an quanteninspirierten Tensor-Netzwerk-Algorithmen, die bereits auf klassischer Hardware Quantenvorteile bieten können. Das Ergebnis: schnellere Optimierungsschleifen, weniger Modellvereinfachungen und die Möglichkeit, viele Designvarianten in einem Bruchteil der Zeit zu untersuchen.

Jetzt Newsletter abonnieren

Täglich die wichtigsten Infos zu RZ- und Server-Technik

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung. Die Einwilligungserklärung bezieht sich u. a. auf die Zusendung von redaktionellen Newslettern per E-Mail und auf den Datenabgleich zu Marketingzwecken mit ausgewählten Werbepartnern (z. B. LinkedIn, Google, Meta).

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

(ID:50626019)

Weiterführende Inhalte