Ein Supercomputer in Deutschland hat etwas geschafft, was noch keine Maschine zuvor getan hat: Er hat einen 50-Qubit-Quantencomputer vollständig simuliert. Diese Leistung, erbracht auf Europas erstem Exascale-Supercomputer namens JUPITER, zerbricht den bisherigen Weltrekord von 48 Qubits, den dasselbe Forschungsteam 2019 mit einem japanischen System aufgestellt hatte.
Warum die Simulation eines Quantencomputers wichtig ist
Forscher am Jülich Supercomputing Centre haben in Zusammenarbeit mit NVIDIA die Simulation durchgeführt, um Algorithmen zu testen und zu erforschen, wie sich zukünftige Quantensysteme verhalten werden. Echte Quantenhardware ist noch nicht leistungsfähig genug, um viele dieser Aufgaben zu bewältigen. Simulationen ermöglichen es Wissenschaftlern, experimentelle Ergebnisse zu validieren und neue Algorithmen zu entwickeln, bevor die Maschinen existieren, um sie auszuführen. Zwei Algorithmen von besonderem Interesse sind der Variational Quantum Eigensolver, der zur Untersuchung von Molekülen und Materialien verwendet wird, und der Quantum Approximate Optimisation Algorithm, der Optimierungsprobleme in Logistik, Finanzen und künstlicher Intelligenz angeht.
Die atemberaubende Schwierigkeit der Berechnung
Die Simulation eines Quantencomputers auf einer klassischen Maschine ist brutal schwierig, weil jedes zusätzliche Qubit den benötigten Speicher und die Rechenleistung verdoppelt. Ein handelsüblicher Laptop kommt auf etwa 30 Qubits. Für 50 Qubits benötigte die Simulation etwa 2 Petabyte Speicher, also rund zwei Millionen Gigabyte. Nur die größten Supercomputer der Welt können das bereitstellen. Jede Operation, wie das Anwenden eines Quantengatters, betrifft mehr als 2 Billiarden numerische Werte, eine 2 gefolgt von 15 Nullen. Diese Werte müssen über Tausende von Rechenknoten hinweg synchronisiert bleiben, um einen echten Quantenprozessor genau nachzubilden.
JUPITER, Europas erster Exascale-Supercomputer, wurde im September 2025 am Forschungszentrum Jülich offiziell in Betrieb genommen. Das System basiert auf NVIDIA GH200 Superchips, die zentrale Recheneinheiten und Grafikprozessoren eng miteinander verbinden. Dieses Design ermöglicht es, Daten, die den GPU-Speicher überschreiten, vorübergehend im CPU-Speicher zu speichern, ohne Leistungseinbußen.
Was das für die Quantenforschung bedeutet
Professor Kristel Michielsen, Direktorin am Jülich Supercomputing Centre, merkte an, dass dieser Anwendungsfall zeigt, wie eng Fortschritte im Hochleistungsrechnen und in der Quantenforschung heute miteinander verflochten sind. Der Durchbruch ersetzt nicht die Notwendigkeit echter Quantenhardware, aber er gibt Wissenschaftlern ein mächtiges Werkzeug, um Quantenalgorithmen jetzt zu entwickeln und zu testen. Er zeigt auch, dass klassische Supercomputer, wenn sie an ihre Grenzen gebracht werden, die Grenzen der Quantenforschung weiter verschieben können.
