Quanten- und Supercomputing

Wir produzieren immer mehr Daten in unserem Leben. 

Wir generieren täglich rund 2,5 Billionen Bytes an Daten – das sind etwa 100 Millionen Blu-ray-DVDs im Wert von Daten.

Bei diesen Daten könnte es sich um personenbezogene Daten aus sozialen Medien, Online-Suchen oder Streaming, Daten von Sensoren in Feldern zur Unterstützung der Landwirtschaft, Daten aus Wettervorhersagen oder Daten anderer digitaler Objekte handeln. 

Es wird erwartet, dass das weltweit vorhandene Datenvolumen bis 2025 175 Zettabyte erreichen wird. Das ist schwer vorstellbar – nur ein Zettabyte kann eine Billion Kopien von Krieg und Frieden enthalten. Und wenn eine Person all diese Daten herunterladen wollte, würde es etwa 1,8 Milliarden Jahre dauern.

Wie verarbeiten wir diese riesigen Datenmengen? 

Unsere Laptops liegen weit unter der dafür benötigten Rechenleistung. 

Deshalb investiert Europa in Hochleistungsrechner oder Supercomputer. LUMI, der leistungsstärkste Supercomputer in Europa, hat die Rechenleistung von etwa 1,5 Millionen Laptops. 

Hochleistungsrechner ermöglichen uns:

Was sind die EuroHPC-Computer?

LUMI

Finnland

#3 weltweit

LEONARDO

Italien

#5 weltweit

Karolina

Tschechien

Entdecker

Bulgarien

JUPITER

Der erste Exa-Supercomputer Europas, JUPITER, befindet sich derzeit in Deutschland im Bau.

Das Gemeinsame Unternehmen EuroHPC bereitet sich auch darauf vor, seine Supercomputer mit sechs Quantencomputern in Tschechien, Deutschland, Spanien, Frankreich, Italien und Polen zu integrieren, was der erste Schritt zum Aufbau einer europäischen Quantencomputerinfrastruktur ist.

Klassische Computer wie unsere Laptops verwenden „Bits“, um Informationseinheiten zu speichern, die entweder eine 0 oder eine 1 sein können. Quantencomputer verwenden Quantenbits – oder Qubits. Diese können eine beliebige Kombination von 0 und 1 gleichzeitig darstellen. 

Denken Sie an die berühmte Schrödingerkatze, mit der diese Idee demonstriert wurde: Eine Katze wird in eine Kiste mit etwas gelegt, das sie töten könnte, und die Kiste ist versiegelt. Bis die Kiste geöffnet ist, ist die Katze tot und lebendig.

Das bedeutet, dass Quantencomputer nicht jedes Mal, wenn sich die Informationen ändern, neue Berechnungen durchführen müssen, sondern viele Wege gleichzeitig erkunden können. 

In der Quantensensorik ist es möglich, Sensoren zu bauen, die wesentlich genauer sind als ihre klassischen Äquivalente.

Die Quantenkommunikation nutzt die Eigenschaften von Qubits, um eine sehr sichere Übertragung sensibler Daten zu ermöglichen.

Die langfristige Vision der EU ist die Entwicklung des Quanteninternets in ganz Europa: Quantencomputer, Simulatoren und Sensoren würden über Quantennetzwerke, die Informationen und Quantenressourcen verteilen, miteinander verbunden.

Aktuelle Quantenanwendungen

Ultrapräzise Atomuhren, die in Navigationssystemen, intelligenten Energienetzen und zum Zeitstempeln von Finanztransaktionen verwendet werden.

Kernspinresonanztomographie (NMRT) und fortgeschrittene medizinische Bildgebungstechnik

Quantensimulatoren und Sensoren zur schnelleren Entwicklung neuer Medikamente und zur Erkennung natürlicher Ressourcen

Quantenschlüsselverteilung (QKD): eine der sichersten Formen der optischen Kommunikation, die Verteilung von Verschlüsselungsschlüsseln mit der Fähigkeit, Abhören zu erkennen

Flaggschiff der Quantentechnologien

Das Quantum Technologies Flagship ist eine langfristige Forschungs- und Innovationsinitiative.

Europäische Quantenkommunikationsinfrastruktur (EuroQCI)

Die Europäische Kommission arbeitet mit den EU-Mitgliedstaaten und der Europäischen Weltraumorganisation an der Entwicklung der Europäischen Quantenkommunikationsinfrastruktur (EuroQCI). 

EuroQCI ist eine Quantenkommunikationsinfrastruktur, die die gesamte EU abdeckt und den Schutz staatlicher Institutionen, ihrer Rechenzentren, Krankenhäuser, Energienetze und mehr stärken wird. 

Es wird integraler Bestandteil von IRIS2, dem neuen weltraumgestützten sicheren Kommunikationssystem der EU, sein.

Digitale Zwillinge sind virtuelle Darstellungen realer Objekte. Sie können uns helfen, Szenarien zu modellieren und zukünftige Ereignisse vorherzusagen. 

Digitale Zwillinge verlassen sich bei der Durchführung ihrer hochkomplexen Simulationen auf die Leistungsfähigkeit von Supercomputern.

Ziel Erde

Destination Earth (DestinE) verwendet digitale Zwillinge, um eine Nachbildung der Erde zu erstellen. 

Es wird uns helfen, natürliche Ereignisse und die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten zu modellieren, zu simulieren und vorherzusagen. 

Die EU wird bei der Umsetzung von DestinE von drei betrauten Einrichtungen unterstützt.

Zeitleiste der Zielerde

10. Juni 2024: Erste Veröffentlichung der Core-Service-Plattform Data Lake und der ersten beiden digitalen Zwillinge zu Extremereignissen und Anpassung an den Klimawandel

bis 2027: Weiterentwicklung des DestinE-Systems, Bereitstellung zusätzlicher Dienste, bahnbrechende KI-Entwicklungen und Synergien mit zusätzlichen digitalen Zwillingen

Bis 2030: Ein kompletter digitaler Zwilling des Erdsystems

Europäische Initiative für virtuelle menschliche Zwillinge

Ein virtueller menschlicher Zwilling ist eine digitale Darstellung des menschlichen Körpers. Dies kann auf verschiedenen Ebenen der Anatomie geschehen – Zellen, Gewebe, Organe oder Organsysteme. 

Virtuelle menschliche Zwillinge verwenden Softwaremodelle und Daten, um das Verhalten ihrer physischen Gegenstücke nachzuahmen und vorherzusagen. Sie haben viel Potenzial zur Verbesserung der gezielten Prävention, zur Bereitstellung klinischer Wege und zur Unterstützung von Angehörigen der Gesundheitsberufe.

Die Europäische Initiative für virtuelle menschliche Zwillinge wird die Zusammenarbeit fördern und die Forschung in diesem Bereich erleichtern, indem sie die Leistungsfähigkeit des Hochleistungsrechnens und die Vorteile des europäischen Raums für Gesundheitsdaten nutzt.