Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg hat im Juni 2025 seine einzigartige Quantencomputing-Infrastruktur um einen bahnbrechenden Quantenbeschleuniger des deutsch-australischen Herstellers Quantum Brilliance erweitert. Das Quantum Development Kit der zweiten Generation (QB-QDK2.0) ist Europas erster kompakter Quantenbeschleuniger, der auf Stickstoff-Vakanz-Zentren (NV-Zentren) in Diamant basiert. Mit seinem platzsparenden Design und der Fähigkeit, ohne aufwendige Kryotechnik auszukommen, setzt das System neue Maßstäbe für hybrides quanten-klassiches Computing und steht Partnern aus Wissenschaft und Industrie zur Verfügung, um reale Quantenanwendungen zu erforschen.
Kompakte Technologie für die Zukunft
Das QB-QDK2.0 wurde nach einer öffentlichen Ausschreibung in die Hochleistungsrechner-Infrastruktur des Fraunhofer IAF integriert und ist seit Juni 2025 betriebsbereit. Das System passt in ein standardmäßiges 19-Zoll-Serverrack, wodurch es sich problemlos in bestehende IT-Umgebungen einfügt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Quantencomputern, die komplexe Kühlsysteme benötigen, arbeitet der Quantenbeschleuniger bei Raumtemperatur und ist dadurch besonders energieeffizient. Diese Eigenschaften machen das QB-QDK2.0 zu einer praktikablen Lösung für Forschung und industrielle Anwendungen.
Ein zentraler Vorteil des Systems liegt in seiner hybriden Architektur. Es kombiniert Quantenprozessoren (QPUs) mit klassischen Co-Prozessoren, darunter leistungsstarke NVIDIA-GPUs und -CPUs, in einem einzigen kompakten Modul. Diese enge Integration ermöglicht die effiziente Ausführung hybrider Algorithmen, die Quanten- und klassische Rechenansätze verbinden. Besonders im Bereich des quantenbasierten maschinellen Lernens, wo Quanten- und klassische neuronale Netzwerke zusammenwirken, eröffnet diese Technologie neue Möglichkeiten.
Die Installation des QB-QDK2.0 wurde von der SVA System Vertrieb Alexander GmbH unterstützt, einem erfahrenen IT-Dienstleister, der auf High-Performance-Computing-Lösungen spezialisiert ist. Bereits im Mai 2025 wurde das System erfolgreich implementiert, was die Grundlage für die nun laufende Forschung am Fraunhofer IAF bildet.
Diamantbasierte Quanteninnovation
Die Technologie von Quantum Brilliance nutzt synthetische Diamantsubstrate, in deren Kohlenstoffgitter gezielt Stickstoffatome eingefügt werden, um NV-Zentren zu erzeugen. Diese dienen als Qubits, die grundlegenden Recheneinheiten eines Quantencomputers. NV-Zentren in Diamant bieten entscheidende Vorteile: Sie verfügen über lange Kohärenzzeiten, wodurch Quanteninformationen stabil über längere Zeiträume gespeichert werden können. Zudem sind sie robust gegenüber Umgebungsgeräuschen und äußeren Störungen, was sie ideal für industrielle Anwendungen macht. Der Betrieb bei Raumtemperatur eliminiert zudem die Notwendigkeit für energieintensive Kühlsysteme, wie sie bei anderen Quantencomputing-Ansätzen erforderlich sind.
Das QB-QDK2.0 wird durch die Open-Source-Software-Suite von Quantum Brilliance ergänzt, die das Qristal-SDK und den Qristal-Emulator umfasst. Diese Tools ermöglichen die Simulation von Quantencomputing-Backends mit realistischen Rauschmodellen und unterstützen Forscher bei der Entwicklung und Optimierung von Quantenalgorithmen. Die Kombination aus fortschrittlicher Hardware und flexibler Software macht das System zu einer vollständig integrierten Plattform für die Quantenforschung.
Zugang für Wissenschaft und Industrie
Das Fraunhofer IAF öffnet seine Infrastruktur für Partner aus Wissenschaft und Industrie, um das Potenzial der NV-Zentren-basierten Technologie zu erkunden. Nach einer Testphase wird das QB-QDK2.0 Fachleuten zur Verfügung stehen, um Quantenalgorithmen zu optimieren und reale Rechenprobleme zu lösen. Das Quantencomputing Applikationslabor des Instituts spielt dabei eine zentrale Rolle. Neben dem neuen System von Quantum Brilliance umfasst das Labor auch ein NV-basiertes Quantensystem der Universität Stuttgart. Inspiriert von diesen Technologien arbeitet das Fraunhofer IAF zudem an der Entwicklung eines eigenen diamantbasierten Quantencomputers.
Diese Initiativen stehen im Einklang mit der Quantencomputing-Roadmap von QuantumBW, dem Innovationscampus Baden-Württemberg für Quantentechnologien. QuantumBW fördert gezielt die Entwicklung von Quantenwissenschaften, insbesondere auf Basis von Diamant-Hardware, und positioniert die Region an der Spitze der globalen Forschung. Die enge Zusammenarbeit mit Quantum Brilliance, die bereits in Projekten wie „Deutsche Brilliance“ (DE-BRILL) erfolgreich war, unterstreicht die Bedeutung dieser Partnerschaft für die Weiterentwicklung der Technologie.
Fraunhofer IAF: Vorreiter in der Quantenforschung
Das Fraunhofer IAF ist eine weltweit führende Forschungseinrichtung im Bereich der III/V-Halbleiter und synthetischen Diamanten. Auf diesen Materialien basierend entwickelt das Institut Bauelemente für zukunftsweisende Technologien, darunter elektronische Schaltungen für Kommunikations- und Mobilitätslösungen, Lasersysteme für die Sensorik sowie Quantencomputer und -sensoren. Die Forschung deckt die gesamte Wertschöpfungskette ab – von der Materialentwicklung über Design und Fertigung bis hin zur Realisierung von Systemen und Demonstratoren.
Mit dem QB-QDK2.0 setzt das Fraunhofer IAF einen weiteren Meilenstein in der Quantenforschung. Die kompakte, robuste und energieeffiziente Technologie von Quantum Brilliance eröffnet neue Perspektiven für die Spitzenforschung und industrielle Anwendungen. Durch die Bereitstellung dieser Infrastruktur für Partner trägt das Institut maßgeblich dazu bei, die Kommerzialisierung von Quantencomputing voranzutreiben und Baden-Württemberg als Innovationsstandort zu stärken.
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