Supercomputer und Quantencomputer erforschen: MQV-Girls’Day am Leibniz-Rechenzentrum

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Wie kann es aussehen, als Informatikerin, Physikerin oder Mathematikerin an einem Rechenzentrum zu arbeiten und Super- und Quantencomputer zu erforschen? Am 3. April 2025 nutzten acht Schülerinnen im Alter von 14 bis 17 Jahren die Gelegenheit, am Girls’Day Einblicke in dieses Berufsfeld zu bekommen und nahmen am Angebot des Munich Quantum Valley teil, das in diesem Jahr in Zusammenarbeit mit dem und am Leibniz-Rechenzentrum stattfand.

Several girls are taking apart old PCs.

Wie heiß ist eigentlich das Wasser, mit dem der Höchstleistungsrechner SuperMUC-NG am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) gekühlt wird? Wie viel schneller ist der SuperMUC-NG als das iPhone 8? Und bei welchen Aufgaben kann ein Quantencomputer LRZs Superrechner schlagen? Mit einem kleinen Quiz starten die Mädchen am LRZ in den Tag und dann dürfen sie auch schon selbst Hand anlegen.

PC-Hardware „sezieren“

Um mit eigenen Augen zu sehen, was denn eigentlich alles zur Hardware eines gewöhnlichen Computers dazugehört, schrauben die Schülerinnen alte PCs auseinander. Rebecca, Informatikerin am LRZ, führt durch die „Sezierstunde“: „Wer findet das Gehirn?“ Ein Mädchen vermutet richtig, dass sich das „Gehirn“, also der Prozessor, hinter dem großen Lüfter versteckt. Doch zuerst werden allerlei Kabelklemmen und Stecker gezogen und zahlreiche Schrauben rausgedreht, um das Mainboard, das „Nervensystem“, aus dem Gehäuse zu friemeln. Auch Arbeitsspeicher – das „Kurzzeitgedächtnis“, wie es Rebecca erklärt –, Festplatte und Netzteil werden nacheinander ausgebaut. Das DVD-Laufwerk zeugt vom Alter der Geräte. Stets wird gemeinsam überlegt, was die Aufgaben der einzelnen Komponenten sind. Wenn es irgendwo klemmt und sich Teile partout nicht lösen wollen, helfen sich die Mädchen gegenseitig – und erklären auch mal der ein oder anderen Betreuerin, worin der Trick besteht.

Vom gewöhnlichen PC geht es über zum Supercomputer. Doch bevor die Schülerinnen diesen auf der Führung durch das Rechnergebäude in Gänze sehen können, wird noch ein Blick auf ein einzelnes Element des Superrechners geworfen, von denen sich mehrere übereinander in einem Serverschrank befinden. Auch hier erkennen die Mädchen Prozessor, Arbeitsspeicher & Co., anstatt eines mechanischen Lüfters jedoch Anschlüsse und Leitungen für die Wasserkühlung. 

Durch Gassen aus Serverschränken und vorbei an einem echten Quantencomputer – Führung durch das Rechnergebäude

Ein Mädchen betrachtet einen supraleitenden Quantenchip.
Ein Mädchen betrachtet eines der Exponate, einen Chip mit 17 supraleitenden Qubits.

Dann geht es einmal quer durch das Institutsgebäude, durch die Ausweiskontrolle und über eine kleine Brücke hinüber ins Rechnergebäude. Schon die Sicherheitsvorkehrungen, die hier getroffen werden, beeindrucken die Teilnehmerinnen. Mit dem Aufzug und über Treppen geht es in die verschiedenen Stockwerke des Rechnergebäudes: Vorbei an brummenden Lüftungsanlagen und surrenden Serverracks geht es zunächst zum größten Chip der Welt – er ist im LRZ für KI-Anwendungen im Einsatz – und dann weiter zum Quantencomputer, der am LRZ bereits erfolgreich mit dem klassischen Höchstleistungsrechner SuperMUC-NG verbunden wurde. Diesen sehen die Schülerinnen als nächstes. Nach einer kleinen Einführung dazu, welche komplexen Berechnungen der SuperMUC-NG denn eigentlich ausführt und was es mit parallelem Rechnen auf sich hat, dürfen die Mädchen noch durch den Supercomputer „hindurch“ laufen – die langen Reihen von Serverschränken mit den vielen blinkenden LEDs bekommt man nicht aller Tage zu Gesicht. Zum Abschluss der Führung geht es noch auf das Dach des Rechnergebäudes. Nach den vielen Eindrücken tut es gut, frische Luft zu schnappen, die warmen Sonnenstrahlen zu genießen und dabei den Blick über den Garchinger Forschungscampus und bis nach München schweifen zu lassen. 

Zurück im Kursraum erwartet die Mädchen eine Einführung in die Grundlagen der Quantenphysik und des Quantencomputing. Endlich – denn bereits während der Führung wurden eifrig Fragen zu diesem Thema gestellt. In einem kurzen Vortrag erfahren die Schülerinnen, was denn eigentlich Quanten sind, wie Forschende deren außergewöhnliche Eigenschaften für das Computing ausnutzen möchten und wie sich Quantencomputer schließlich von klassischen Rechnern unterscheiden. Immer wieder hebt sich während des Vortrags eine Hand, denn die Mädchen wollen es noch genauer wissen und stellen zahlreiche Fragen. Im Anschluss nehmen sie Exponate unter die Lupe, die eine Idee davon geben, wie unterschiedlich die Hardware eines Quantencomputers aussehen kann und welche Ähnlichkeiten und Unterschiede bestehen im Vergleich zum PC, den sie zu Beginn auseinanderschrauben durften.

Das Innenleben eines Kryostaten virtuell erkunden

Zwei Mädchen stehen in einem mit LED-Panels ausgekleideten Würfel, der das Innenleben eines Kryostaten für supraleitendes Quantencomputing in VR zeigt.
Zwei Mädchen auf einer „3D-Fahrt“ durch das Innere eines Kryostaten für supraleitendes Quantencomputing.

Nach einer kleinen Mittagspause geht es dann als letzte Station des Tages ins Zentrum für Virtuelle Realität und Visualisierung. Dort dürfen die Schülerinnen nacheinander in die LED-Cave, einen mit LED-Panels ausgekleideten Würfel, der es erlaubt, sich durch virtuelle Landschaften und Objekte hindurch zu bewegen. Ausgestattet mit 3D-Brille und Joystick erkunden die Mädchen das Innere eines Kryostaten für supraleitendes Quantencomputing – von dem sie bei der Führung nur das Äußere sehen konnten – und können sich in den Kryostaten „hineinzoomen“. Da sie zuvor gut aufgepasst haben, fällt es ihnen leicht, den supraleitenden Prozessor zu entdecken, der ganz unten im Kryostaten sitzt oder die Mikrowellenleiter zu erkennen, die den Prozessor mit der Außenwelt verbinden. Da man sich an die Handhabung des Joysticks auch erstmal gewöhnen muss, verläuft die „Fahrt“ durch den Kryostaten zum Teil sehr rasant – und so endet der Girls’Day am LRZ nicht nur mit viel neu gewonnenem Wissen, sondern auch mit viel Lachen.

 

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