Forschung
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Quantencomputing
Kryogenischer Aufbau und Ansteuerung eines supraleitenden Quantencomputers am Forschungszentrum Jülich
Der Schwerpunkt Information verzahnt die Bereiche Simulations- und Datenwissenschaften des High-Performance-Computing (HPC), Quantencomputing, Hirnforschung, neuromorphes Computing und die Forschung zu bio- und nanoelektronikbasierten Informationstechnologien der Zukunft.
Jülicher Forschende nutzen JUWELS und JURECA, die zu den aktuell leistungsfähigsten Superrechnern der Welt zählen, um etwa mittels Simulationen Antworten auf komplexe Fragen beispielsweise der Klimaforschung, Neurowissenschaften und Materialforschung zu erhalten. Außerdem entwickeln sie modulare Hardware-Architekturen für das Exascale-Computing. Viele Forschungsergebnisse basieren dabei auf großen Datenmengen: Jülicher Wissenschaftler:innen setzen deshalb neben „Big Data“ auch auf bestimmte Arten Künstlicher Intelligenz (KI) wie das Maschinelle Lernen.
Die Quantentechnologie wird unsere Welt verändern – in Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft. Jülicher Wissenschaftler:innen erforschen diese Technologie von den Grundlagen bis zur Anwendung. Im Verbundprojekt QSolid, das vom Forschungszentrum Jülich koordiniert wird, entsteht in den nächsten Jahren ein kompletter Quantenrechner, basierend auf Spitzentechnologie aus Deutschland.
Die technikbasierte Informationsverarbeitung ist eng verknüpft mit der Forschung an biologischen Systemen. Vom Gehirn lernen – das ist die Grundlage für innovative Rechnerkonzepte wie das neuromorphe Computing. Denn das Gehirn verbraucht nur sehr wenig Energie, um riesige Mengen Information zu verarbeiten und zu speichern. Jülicher Forschende entwickeln Bauteile, Architektur und Softwarekonzepte, die für neuromorphe Computer benötigt werden.
Das menschliche Gehirn in seiner Komplexität mit digitalen Methoden zu entschlüsseln, ist die Vision im EU-geförderten „Human Brain Project“. Künstliche Intelligenz hilft, einen hochaufgelösten Atlas des Gehirns zu entwickeln.
Jülicher Wissenschaftler:innen haben ein Rastertunnelmikroskop weiterentwickelt, sodass es bei extrem tiefen Temperaturen nahezu vibrationsfrei arbeitet. Es eignet sich weit besser als herkömmliche Geräte dafür, die ungewöhnlichen Eigenschaften von Quantenmaterialien nahe minus 273 Grad Celsius zu erkunden.
Spezialisierte Rezeptoren im Gehirn vermitteln die Wirkung des „Kuschel- und Bindungshormons“ Oxytocin. Jülicher Forschende haben Computersimulationen durchgeführt, die zeigen, wie sich eine Mutation dieser Rezeptoren auf die zelluläre Reaktion auswirkt. Die Ergebnisse helfen zu verstehen, warum Oxytocin-Nasensprays nicht bei allen Menschen mit Autismus wirksam sind.
Jülicher Physiker:innen konnten mit einem Rastertunnelmikroskop mit speziellen Messspitzen erstmals die außergewöhnlichen elektrischen Eigenschaften in ultradünnen topologischen Isolatoren messen. Diese Materialien gelten als aussichtsreiche Bestandteile von Quantenbits mit einer besonders geringen Fehleranfälligkeit.
Jülicher Forschende haben auf dem Prototyp eines neuromorphen IBM-Computers einen Geschwindigkeitsrekord für die Simulation eines Netzwerks der Hirnrinde aufgestellt. Das Netzwerk arbeitet dabei viermal schneller als sein biologisches Vorbild.
Nordrhein-Westfalen bündelt mit dem Aufbau eines neuen Netzwerks seine Kräfte für den Aufbruch ins Quantenzeitalter. Das Forschungszentrum Jülich ist dabei.
In der Fachzeitschrift „Science“ erläutern die Hirnforscherin Prof. Katrin Amunts und der Supercomputer-Experte Prof. Thomas Lippert, beide vom Forschungszentrum Jülich, warum Fortschritte in den Neurowissenschaften eng mit den Entwicklungen im Hochleistungsrechnen verbunden sind.
Selbst in der Quantenwelt mit ihren besonderen Regeln lassen sich Informationen nicht beliebig schnell übertragen. Ein internationales Team mit Jülicher Beteiligung hat nun die höchste Geschwindigkeit ermittelt, mit der das gelingt.
Aβ-Oligomere sind Hauptverdächtige bei der Suche nach den Ursachen der Alzheimer-Demenz. Wie Forschende aus Jülich, Düsseldorf und Köln herausgefunden haben, entstehen diese Proteinklümpchen im schwach sauren Milieu 8.000-mal schneller als bei neutralem pH-Wert.
FOTOS: Forschungszentrum Jülich/Sascha Kreklau
