Die Qubit-Frage: US-Ziel 2028 verschärft den Wettlauf um Quantenhardware – QuantumCore setzt auf Spezialchips
Die USA wollen bis 2028 einen wissenschaftlich nutzbaren, fehlertoleranten Quantencomputer vorführen. Neben Qubits und Fehlerkorrektur werden Wärme, Leitungen und Signalauslesung zum Engpass. Der kanadische Zulieferer QuantumCore entwickelt dafür spezialisierte Mikrochips.
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Mindestens 100 logische Qubits und Hunderte Millionen zuverlässige Rechenoperationen: An diesen Vorgaben sollen sich die Teilnehmer eines neuen US-Wettbewerbs messen lassen. Das Energieministerium stellt dafür bis zu 215 Mio. USD in Aussicht. Die Anforderungen gehen weit über einzelne Leistungsrekorde hinaus. Gefragt sind Systeme, die auch bei wachsender Komplexität zuverlässig arbeiten. Der Wettbewerb fällt in eine Phase, in der die Hersteller hohe Entwicklungskosten tragen und erst vergleichsweise geringe Umsätze erwirtschaften.
Milliardenmarkt mit schwieriger wirtschaftlicher Bilanz
Das kommerzielle Geschäft mit Quantencomputern nimmt inzwischen Gestalt an. Der finnische Hersteller IQM ISIN FI4000602354 WKN A42AE8 hatte Anfang August insgesamt 26 Systeme verkauft und 17 davon ausgeliefert. Im ersten Halbjahr erzielte das Unternehmen 8,9 Mio. EUR Umsatz, verbuchte jedoch einen operativen Verlust von 60,5 Mio. EUR. Der Auftragsbestand lag zu diesem Zeitpunkt bei mehr als 102 Mio. EUR.
Auch außerhalb klassischer Forschungseinrichtungen werden Quantenverfahren inzwischen erprobt. IQM testete gemeinsam mit der Deutschen Bahn ein Verfahren zur Fahrplanplanung auf Grundlage realer Betriebsdaten. In der Chemie, Arzneimittelforschung und Finanzwirtschaft arbeiten Unternehmen ebenfalls an möglichen Anwendungen. Ob Quantencomputer die entsprechenden Aufgaben im regulären Betrieb günstiger oder schneller lösen, wird weiterhin untersucht.
Die Anbieter verfolgen unterschiedliche Geschäftsmodelle. IQM verkauft eigene Anlagen, während IBM ISIN US4592001014 WKN 851399 eine große Flotte von Quantenrechnern über die Cloud zugänglich macht. Die US-Anbieter IonQ ISIN US46222L1089 WKN A3C4QT und D-Wave ISIN US26740W1099 WKN A3DSV9 haben ebenfalls zahlreiche Hardwaregeschäfte abgeschlossen. Forschungsaufträge, eigene Systeme und gemietete Rechenzeit stehen damit nebeneinander.
McKinsey schätzt den möglichen wirtschaftlichen Nutzen von Quantencomputern bis 2035 auf bis zu 2,7 Bill. USD. Für den weltweiten Umsatz der Hardware-, Software- und Dienstleistungsanbieter veranschlagt die Unternehmensberatung im selben Jahr 43 bis 71 Mrd. USD. Nachdem die Branche 2025 erstmals mehr als eine Milliarde USD umgesetzt hatte, erwartet McKinsey bis 2028 Einnahmen von bis zu 4,4 Mrd. USD.
Bei der Bewertung einzelner Unternehmen spielen allerdings die hohen Entwicklungskosten und die künftige Wettbewerbsstruktur eine wesentliche Rolle. Rigetti ISIN US76655K1034 WKN A3DE3J versucht beispielsweise, sein bislang stark von staatlichen Aufträgen geprägtes Geschäft stärker auf Industriekunden auszurichten. IBM-Manager Scott Crowder rechnet laut dem US-Wirtschaftsmagazin Barron's langfristig mit einer Konsolidierung unter Hardwareherstellern und einer wachsenden Zahl von Softwareanbietern.
Washington fördert Produktion und prüft Leistung
Mit zwei unterschiedlichen Programmen will die US-Regierung die technische Entwicklung beschleunigen. Das Handelsministerium kündigte im Mai Förderungen von insgesamt rund zwei Milliarden USD für neun Unternehmen an. Die geplanten Mittel sollen Forschung, industrielle Fertigung und wichtige Komponenten der Quanteninfrastruktur unterstützen. Als Gegenleistung sind staatliche Minderheitsbeteiligungen vorgesehen.
Allein eine Milliarde USD entfällt auf die Quantenchip-Fertigung der IBM-Tochter Anderon. Im September schloss das Ministerium mit dem Unternehmen die endgültige Fördervereinbarung. Anderon betreibt bereits eine spezialisierte Fertigungsanlage für Quantenchips im US-Bundesstaat New York.
Das Energieministerium setzt mit seiner "Quantum Genesis Q Competition" dagegen auf nachprüfbare technische Ergebnisse. Der Wettbewerb verlangt mindestens 100 logische Qubits und Hunderte Millionen zuverlässige Rechenoperationen. Logische Qubits werden durch Fehlerkorrektur aus mehreren physischen Qubits gebildet. Sie sollen verhindern, dass Störungen längere Berechnungen unbrauchbar machen.
Für erste Zwischenziele sind Prämien von bis zu 1,5 Mio. USD vorgesehen. Weitere Anreize gelten für Systeme mit 150 beziehungsweise 200 logischen Qubits. Die geplante Gesamtfinanzierung von bis zu 215 Mio. USD steht unter dem Vorbehalt künftiger Haushaltsmittel.
Technische Leistungsnachweise bleiben umstritten
Wie schwierig technische Leistungsvergleiche bleiben, verdeutlichen aktuelle Forschungsarbeiten. Im Mai 2026 demonstrierten Wissenschaftler des US-Forschungsinstituts Flatiron Institute, dass ein verbesserter klassischer Algorithmus bestimmte zuvor als quantenüberlegen bezeichnete Berechnungen bewältigen kann. D-Wave bestreitet allerdings, dass damit sämtliche Teile seines ursprünglichen Leistungsnachweises widerlegt seien.
Auch bei der Fehlerkorrektur kommt es auf die Versuchsbedingungen an. IonQ stützt Skalierungsprognosen für eine vorgestellte Fehlerkorrekturarchitektur auf Simulationen. Ein vollständiger Nachweis auf entsprechender physischer Hardware steht noch aus. Solche Unterschiede sind für die Bewertung technologischer Fortschritte wesentlich.
Unabhängige Prüfungen sollen zusätzliche Orientierung schaffen. Die US-Forschungsbehörde DARPA untersucht, ob angekündigte fehlertolerante Systeme technisch verwirklicht werden können. IBM meldete am 7. Oktober seine Aufnahme in die dritte Phase der Quantum Benchmarking Initiative. Dort stehen praktische Überprüfungen der Hardware und ihrer Leistungsfähigkeit an.
Der staatliche Zeitdruck stößt allerdings auch auf Kritik. Rigetti-Manager David Rivas warnte gegenüber Barron's davor, technische Begriffe wie Fehlertoleranz passend zu politischen Fristen auszulegen. Leistungsversprechen müssten sich später an konkreten Ergebnissen messen lassen.
Größere Quantencomputer brauchen neue Infrastruktur
Bis 2028 wollen mehrere Hersteller wichtige Entwicklungsschritte erreichen. QuEra, ein US-Entwickler von Quantencomputern, plant für dieses Jahr die Bereitstellung seines Rechners Libra über Amazon Braket. Das System soll mehr als 256 logische Qubits und ungefähr eine Million zuverlässige logische Operationen ermöglichen. Vorgesehen ist eine logische Fehlerrate von 10⁻⁶.
IBM strebt für 2029 seinen fehlertoleranten Rechner Starling an. Dieser soll mit 200 logischen Qubits bis zu 100 Mio. Operationen ausführen. Die unterschiedlichen technischen Ansätze und Kennzahlen lassen sich allerdings nur eingeschränkt direkt vergleichen. Für komplexere industrielle Anwendungen werden weitere Entwicklungsschritte erforderlich sein.
Parallel zur Fehlerkorrektur müssen die Hersteller praktische Probleme beim Aufbau größerer Systeme lösen. Besonders supraleitende Quantenprozessoren stellen hohe Anforderungen an ihre technische Umgebung. Die empfindlichen Schaltkreise arbeiten bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt und benötigen entsprechend aufwendige Kühlsysteme.
Mit jeder zusätzlichen Recheneinheit wachsen auch die Anforderungen an elektrische Steuerung und Signalauslesung. Zahlreiche Leitungen führen von der Elektronik bei Raumtemperatur bis zu den stark gekühlten Prozessoren. Sie benötigen Platz und können zusätzliche Wärme sowie elektrische Störungen in das System eintragen.
Auch das Auslesen schwacher Quantensignale ist anspruchsvoll. Herkömmliche Halbleiterverstärker erzeugen Wärme, während größere Mikrowellenbauteile wertvollen Raum innerhalb der Kühlsysteme beanspruchen. Die Leistungsfähigkeit zukünftiger Quantencomputer hängt deshalb zunehmend von der Entwicklung kleinerer, effizienterer Komponenten ab.
QuantumCore entwickelt vier spezialisierte Technologien
Auf solche technischen Herausforderungen konzentriert sich QuantumCore ISIN CA74767F1045 WKN A429HH. Der kanadische Hardwareentwickler will ein eigenständiges Zuliefergeschäft für die Quantenindustrie aufbauen. Statt vollständige Quantencomputer zu entwickeln, arbeitet das Unternehmen an spezialisierten Komponenten zwischen der klassischen Steuerungselektronik und dem Quantenprozessor.
Ein Schwerpunkt liegt auf supraleitenden Signalverstärkern. Die KI-TWPA-Technologie soll schwache Signale aus Quantenprozessoren verstärken und dabei erheblich weniger Wärme erzeugen als herkömmliche Halbleiterverstärker. Gerade in stark gekühlten Systemen könnte diese Eigenschaft den Aufwand für die Wärmeabfuhr verringern.
Im Juni meldete QuantumCore einen technischen Fortschritt bei seiner Verstärkerplattform. Die erreichte Leistung nähert sich nach Darstellung des Unternehmens jener etablierter Halbleiterverstärker an. Das Management kündigte daraufhin eine beschleunigte kommerzielle Entwicklung an. Vorgesehen sind Testgeräte für ausgewählte Kunden sowie Gespräche mit Fertigungspartnern über eine spätere industrielle Herstellung.
Unterstützt wird die Entwicklung durch eine Zusammenarbeit mit dem Institute for Quantum Computing der kanadischen University of Waterloo. QuantumCore beteiligt sich dort an einem Forschungsprogramm des kanadischen Forschungsrats NSERC mit einem Gesamtvolumen von bis zu 1,7 Mio. CAD. Die Kooperation ermöglicht unter anderem den Zugang zu spezialisierten Laboren und Fertigungsanlagen.
Photonendetektoren erweitern das Technologiespektrum
Mit der im September abgeschlossenen Übernahme von Avalanche PhotoniQ hat QuantumCore sein Technologieangebot erweitert. Das erworbene Unternehmen entwickelt Einzelphotonendetektoren, die Lichtteilchen mit hoher Empfindlichkeit und präziser zeitlicher Auflösung erfassen sollen. Solche Komponenten werden unter anderem für photonische Quantencomputer, Quantennetzwerke und optische Kommunikationssysteme benötigt.
Die Detektoren sollen sich mit industriellen Halbleiterverfahren herstellen lassen. QuantumCore plant zunächst eine Serie von 100 Einheiten, die potenzielle Kunden testen und für ihre Anwendungen qualifizieren sollen. Anschließend will das Unternehmen die Fertigungsprozesse für größere Stückzahlen weiterentwickeln.
Neue Mikrochips sollen die Verkabelung vereinfachen
Im Oktober kamen zwei weitere Entwicklungsprogramme hinzu. Gemeinsam mit der University of Waterloo arbeitet QuantumCore an Mikrochips, die mehrere Steuer- und Auslesesignale über gemeinsame Leitungen führen sollen. Diese sogenannte Multiplexing-Technologie könnte die Zahl der Kabelverbindungen zwischen der Steuerungselektronik und den stark gekühlten Quantenprozessoren erheblich verringern.
Technische Grundlage sind unter anderem spezielle Schalter aus phasenwechselnden Materialien und supraleitenden Schaltungen. Sie sollen Signale innerhalb der gekühlten Umgebung gezielt verteilen und dabei möglichst wenig zusätzliche Wärme erzeugen. Kommerzielle Prototypen strebt QuantumCore innerhalb von zwölf Monaten an.
Magnetfreie Bauteile für die Signalführung
Das vierte Technologieprogramm betrifft miniaturisierte, magnetfreie Mikrowellenbauteile. Diese sogenannten Zirkulatoren sollen Signale in bestimmte Richtungen leiten und empfindliche Quantenprozessoren vor Störungen durch nachgelagerte Elektronik schützen. Bisher werden dafür vergleichsweise große Bauteile mit magnetischen Materialien eingesetzt.
QuantumCore untersucht gemeinsam mit der University of Waterloo eine Integration dieser Funktionen auf Mikrochip-Ebene. Langfristig könnten die Zirkulatoren mit der Multiplexing-Technologie kombiniert werden. Damit ließen sich mehrere Aufgaben der Signalführung in kompakteren Komponenten zusammenfassen.
Finanzierung und nächste Entwicklungsschritte
Für seine weitere Entwicklung hat sich das Unternehmen zusätzliches Kapital beschafft. Im August schloss QuantumCore eine Privatplatzierung über insgesamt rund 5,11 Mio. CAD ab. Die Mittel sind für allgemeine Unternehmenszwecke und die Finanzierung des laufenden Geschäfts vorgesehen.
Als nächste Schritte plant QuantumCore die Fertigung und Erprobung der ersten Photonendetektoren sowie die Weiterentwicklung seiner Multiplexing-Technologie zu kommerziellen Prototypen innerhalb eines Jahres. Bei den Signalverstärkern stehen Kundentests und die Vorbereitung industrieller Fertigungsprozesse an.
Der US-Wettbewerb setzt den Herstellern bis 2028 klare technische Ziele. Zugleich wächst mit leistungsfähigeren Quantenprozessoren der Bedarf an geeigneter Steuerungs-, Kühl- und Auslesetechnik. QuantumCores nächste Prototypen und Kundentests sollen Aufschluss darüber geben, inwieweit sich seine Technologien für den industriellen Einsatz eignen.
