In Jülich startet ein Quantencomputer auf Basis von Ionenfallen

Im Forschungszentrum Jülich ist der Quantencomputer JION offiziell gestartet. Die Abkürzung steht für „Jülich trapped-ION quantum computer“. Das Gerät arbeitet digital und gatterbasiert, gebaut in Ionenfallentechnologie. Nordrhein-Westfalens Ministerpräsident Hendrik Wüst nannte den Start einen technischen Meilenstein.

Wie Ionenfallen funktionieren

Bei Quantencomputern konkurrieren mehrere Ansätze, einer davon sind Ionenfallen. Informationsträger sind dort elektrisch geladene Atome, die im Inneren elektromagnetischer Fallen gehalten werden. Die Qubits von JION sind ionisierte Ytterbium-Atome. Elektromagnetische Felder halten sie im Vakuum und steuern sie so, dass Berechnungen möglich sind. Der Ansatz unterscheidet sich von supraleitenden digitalen Systemen, unter anderem bei der Skalierung und den Betriebsbedingungen.

Stand heute und weitere Planung

Die Anlage ist betriebsbereit, wird aber gleichzeitig weiter ausgebaut. Anfangs stehen nur einige Qubits zur Verfügung, bis Mitte 2027 sollen es zehn sein. Lieferant ist die Firma Eleqtron aus Siegen, die 2020 als Ausgründung der Universität Siegen entstanden ist. 2024 baute das Unternehmen mit Partnern für das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Hamburg den Demonstrator QSea.

Zur Steuerung der Qubits von JION nutzt Eleqtron die in Siegen entwickelte Technik MAGIC, die magnetisch induzierte Kopplung. Mikrowellen und gezielt erzeugte Unterschiede im Magnetfeld steuern einzelne Qubits und verbinden sie direkt. Das Verfahren soll künftig auch in größeren, leistungsfähigeren Quantensystemen zum Einsatz kommen.

JION entstand im Rahmen der Entwicklungspartnerschaft für Ionenfallen in Nordrhein-Westfalen (EPIQ). Das System soll Anwendungen in Industrie und Wissenschaft bedienen: Optimierungsaufgaben in Logistik, Verkehr und Verfahrenstechnik sowie in Physik, Chemie, Biologie, Medizin, Materialforschung und maschinellem Lernen. JUNIQ, die Nutzerinfrastruktur des Zentrums, bündelt den Zugang zu verschiedenen Quantensystemen und verbindet sie mit den Supercomputern. Dadurch lassen sich ausgewählte Rechenoperationen von klassischen Supercomputern an Quantensysteme auslagern.

Geld und der nächste Schritt

Zum Start übergab Wüst der Firma Eleqtron die Förderentscheidung für das Projekt SQALING, skalierbares Quantenrechnen aus Nordrhein-Westfalen. Das eigenständige Entwicklungsprojekt des Start-ups soll vom Land bis zu rund 25 Millionen Euro aus Mitteln der Europäischen Union im Programm EFRE/JTF erhalten. Ziel ist, die Ionenfallentechnik auf skalierbare Chip-Plattformen für Quantencomputer zu übertragen. Weitere 35 Millionen Euro fließen in das neue Projekt Q-STAR.NRW. Es soll einen skalierbaren Halbleiter-Quantencomputer für JUNIQ kaufen und integrieren. Das geplante System soll bis zu 200 Qubits haben.