AWS öffnet das Tor zum Quantenzeitalter! Neue Open-Source-Software beschleunigt Chip-Design für Quantencomputer!

Quantencomputer könnten unsere Welt radikal verändern – von der Materialentwicklung über sichere Kommunikation bis hin zu optimierten Lieferketten. Doch ihr Bau ist extrem komplex. Amazon Web Services (i)(AMZN) geht nun einen mutigen Schritt. Mit der neuen Open-Source-Software DeviceLayout.jl und dem Simulationswerkzeug Palace sollen supraleitende Quantenchips wie Amazons "Ocelot"-Chip schneller, präziser und kollaborativer entwickelt werden können als je zuvor.

Zukunft gestalten mit Quantenbits - Wie Quantencomputer unsere Welt verändern

Quantencomputer gelten als Schlüsseltechnologie der Zukunft, weil sie Probleme lösen können, an denen klassische Computer scheitern – etwa in der Materialforschung, Kryptografie oder Optimierung. Statt mit herkömmlichen Bits (0 oder 1) arbeiten sie mit Qubits, die dank Superposition und Verschränkung mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen und miteinander verbunden sein können. Diese Eigenschaften erlauben paralleles Rechnen auf völlig neuem Niveau. Doch Quantenhardware ist noch jung. Der Bau skalierbarer, stabiler und fehlertoleranter Quantenchips ist eine der großen wissenschaftlichen Herausforderungen. Amazon Web Services AWS entwickelt hierfür supraleitende Quantenprozessoren wie den "Ocelot"-Chip – unterstützt durch eine neue Open-Source-Software, die diesen Entwicklungsprozess revolutionieren soll.

DeviceLayout.jl – Open Source für die Quantenelektronik

Am 1. Juli 2025 stellte das AWS Center for Quantum Computing die neue Software DeviceLayout.jl vor – ein CAD-Werkzeug speziell für das Design von Quanten-integrierten Schaltkreisen. Entwickelt in der Hochleistungssprache Julia, erlaubt DeviceLayout.jl das modulare, kollaborative und wiederholbare Entwerfen von Quantenchips, insbesondere von supraleitenden Komponenten wie Transmon-Qubits und Resonatoren. Die Software ist vollständig quelloffen und lässt sich über GitHub beziehen. Das Besondere ist, statt manuell Layouts in Grafiksoftware zu zeichnen, können Entwickler nun mithilfe von Schaltplanbeschreibungen und Skripten automatisch komplexe Quantenprozessoren generieren. Dabei legt DeviceLayout.jl besonderen Wert auf Skalierbarkeit und Teamarbeit – etwa durch die Nutzung von Versionskontrolle, wiederverwendbaren Bausteinen aus einem sogenannten Process Design Kit und automatisiertem Floorplanning. So lassen sich Designs für Chips mit 17 oder mehr Qubits schnell testen, anpassen und weiterentwickeln.

Simulieren statt bauen – Elektromagnetische Modellierung mit Palace

Die bloße Erstellung eines Layouts reicht in der Quantenwelt nicht aus. Die genaue geometrische Anordnung der Bauteile beeinflusst die physikalischen Eigenschaften – insbesondere Frequenzen, Kopplungen und Signalverluste. Hier kommt Palace ins Spiel, ein weiteres Open-Source-Werkzeug von AWS für die Finite-Elemente-Simulation elektromagnetischer Felder. In Verbindung mit DeviceLayout.jl erlaubt Palace die automatische Erstellung eines 3D-Modells des Chips, inklusive Luftbrücken, Substraten und metallischen Oberflächen. Das Tool analysiert, wie sich Felder im Inneren des Chips ausbreiten, welche Eigenfrequenzen auftreten und wo potenzielle Fehlerquellen liegen – ohne einen einzigen realen Prototyp fertigen zu müssen. Dabei verwendet Palace eine 3D-Geometriebibliothek namens Open CASCADE und erzeugt ein detailliertes Netzmodell mit Gmsh, das anschließend in Hochleistungsrechnern auf AWS mit Graviton-Prozessoren simuliert wird. Durch sogenannte Closed-Loop-Simulationen lassen sich Designparameter automatisch so anpassen, dass das Ergebnis möglichst nahe an den gewünschten Eigenschaften liegt – z. B. durch Optimierungsalgorithmen wie PRIMA. In einem Beispiel mit einem Transmon-Qubit konnten Entwickler die Resonanzfrequenz mit wenigen Simulationsdurchläufen exakt justieren.

Ein kompletter Design-Workflow – vom Qubit bis zum fertigen Chip

DeviceLayout.jl und Palace bilden eine durchgängige Entwicklungs-Pipeline. Vom abstrakten Schaltplan eines Qubits über das präzise geometrische Layout bis hin zur vollständigen 3D-Analyse. Selbst komplexe Chips mit 17 Qubits lassen sich damit vollständig analysieren und optimieren. Die Software zeigt frühzeitig, wie sich Energie verteilt, wo Kopplungen stören könnten oder Verluste auftreten – lange vor der teuren Fertigung. Das spart Zeit, Kosten und bringt Quantenhardware schneller zur Reife.

Warum diese Open-Source-Software ein Gamechanger sein könnte

Mit DeviceLayout.jl und Palace stellt AWS leistungsfähige Tools erstmals als Open Source zur Verfügung – frei nutzbar, erweiterbar und ideal für Forschung, Start-ups und Lehre. Die Software senkt die Einstiegshürden erheblich und erlaubt dank der Programmiersprache Julia eine nahtlose Integration in bestehende Workflows. Ob Frequenzabstimmung, Fehlerkorrektur oder Layoutautomatisierung – diese Tools schaffen die Grundlage für eine neue, kollaborative Entwicklungsweise auf dem Weg zur praktischen Quantenüberlegenheit.

Ein neues Kapitel für das Quantenzeitalter

Quantencomputer stehen an der Schwelle vom Experiment zur Anwendung. Doch bevor sie ihr Versprechen einlösen können, braucht es Werkzeuge, mit denen man ihre komplexe Hardware effizient, präzise und skalierbar entwickeln kann. Mit DeviceLayout.jl und Palace liefert AWS genau diese Bausteine – frei zugänglich, leistungsfähig und bereit für echte Durchbrüche. Wer selbst einsteigen will, findet auf GitHub nicht nur den Code, sondern auch komplette Tutorials, Dokumentationen und Beispiele. Ein kleiner Schritt für ein Softwarepaket – aber ein großer Sprung für die Quantenforschung.