Shunkai: Japan startet neuen Quantencomputer mit neutralen Atomen

Japan erweitert seine Quantenforschung um eine Technologie, die ohne supraleitende Qubits auskommt: Der neue Quantencomputer „Shunkai“ rechnet mit einzelnen neutralen Atomen. Das zunächst rund 50 Qubits umfassende System ist als vollständige Forschungsplattform ausgelegt und soll schrittweise wachsen. Ob sich der Ansatz bis zu fehlertoleranten Quantencomputern skalieren lässt, gehört nun zu den entscheidenden Fragen des Projekts.

Japan, 24. August 2026. Mit „Shunkai“ ist ein neuer Quantencomputer auf Basis neutraler Atome betriebsbereit. Nach Angaben des Institute for Molecular Science (IMS) handelt es sich um Japans ersten vollständigen Full-Stack-Quantencomputer dieser Bauart. Entwickelt wurde das System unter Leitung von Professor Kenji Ohmori im Rahmen des japanischen Moonshot-Forschungsprogramms.

Die Einschränkung auf die verwendete Technologie ist entscheidend. Shunkai ist nicht Japans erster Quantencomputer überhaupt. Bereits 2023 nahm das Land einen heimisch entwickelten Quantencomputer mit 64 supraleitenden Qubits in Betrieb. Shunkai verfolgt einen anderen Ansatz: Als Qubits dienen einzelne neutrale Atome.

Quantencomputer mit neutralen Atomen: So funktioniert Shunkai

Quantencomputer lassen sich mit unterschiedlichen Hardware-Architekturen bauen. Während einige Systeme auf supraleitenden Schaltkreisen beruhen, setzt Shunkai auf Atome, die keine elektrische Nettoladung tragen. Jedes dieser neutralen Atome kann als Qubit genutzt werden.

Damit daraus ein kontrollierbares Rechensystem entsteht, müssen die Atome präzise angeordnet werden. Bei Shunkai übernehmen das sogenannte optische Pinzetten: stark fokussierte Laserstrahlen, mit denen einzelne Atome positioniert und festgehalten werden können. Die Quantenoperationen werden anschließend mit Laserlicht beziehungsweise Mikrowellen gesteuert.

Auch die Auslesung unterscheidet sich deutlich von klassischen Computern. Eine Kamera erfasst die Fluoreszenz der Atome und ermöglicht so Rückschlüsse auf deren Zustand nach einer Berechnung.

Warum neutrale Atome für die Quantenforschung interessant sind

Der Aufbau unterscheidet sich grundlegend von supraleitenden Quantencomputern. Deren Recheneinheiten müssen typischerweise auf extrem niedrige Temperaturen gebracht werden. Auch bei Neutralatom-Systemen werden die verwendeten Atome stark gekühlt. Sie benötigen jedoch nicht denselben großflächigen, bis in den Millikelvin-Bereich gekühlten Aufbau einer supraleitenden QPU.

Eine gelegentlich verwendete Beschreibung als System mit „Raumtemperaturbetrieb“ kann deshalb leicht in die Irre führen. Die neutralen Atome selbst arbeiten keineswegs einfach bei Zimmertemperatur. Der Unterschied liegt in der technischen Architektur rund um die eigentliche Quantenprozessoreinheit.

• Einzelne neutrale Atome übernehmen die Funktion der Qubits.
• Optische Pinzetten bringen sie in eine kontrollierte Anordnung.
• Laser und Mikrowellen steuern die Quantenoperationen.
• Die atomaren Zustände werden über ihre Fluoreszenz ausgelesen.

Shunkai beginnt mit rund 50 Qubits

Zum Start umfasst der Quantencomputer nach Angaben der Projektverantwortlichen rund 50 Qubits. Das klingt im Vergleich mit manchen öffentlich genannten Qubit-Zahlen anderer Systeme zunächst überschaubar. Für eine Bewertung der Leistungsfähigkeit reicht diese Zahl jedoch nicht aus. Entscheidend sind ebenso die Qualität der Operationen, die Fehlerraten, die Konnektivität der Qubits und die Frage, wie zuverlässig sich ein System kontrollieren lässt.

Shunkai ist zudem von Beginn an als ausbaufähige Plattform angelegt. Als nächste Stufe sind etwa 500 Qubits vorgesehen. Das langfristige Ziel des Forschungsprojekts reicht erheblich weiter: Bis März 2031 soll ein Neutralatom-System mit 10.000 physischen Qubits entstehen. Parallel sollen Verfahren zur Erkennung und Korrektur von Quantenfehlern weiterentwickelt werden.

Diese Zielmarke beschreibt allerdings keinen bereits erreichten technischen Stand. Shunkai startet mit rund 50 Qubits; 500 und später 10.000 physische Qubits gehören zur weiteren Planung.

Warum der „Full Stack“ bei Shunkai wichtig ist

Bemerkenswert ist nicht allein die Neutralatom-Technologie. Das Institute for Molecular Science bezeichnet Shunkai ausdrücklich als Full-Stack-System. Damit ist gemeint, dass nicht lediglich ein experimenteller Quantenprozessor betrieben wird, sondern die verschiedenen technischen Ebenen zu einem nutzbaren Gesamtsystem verbunden sind.

Dazu gehören der Softwarezugang, die Verarbeitung von Nutzerbefehlen und deren Übersetzung in Steuerungssignale für die Quantenhardware. Erst dieses Zusammenspiel ermöglicht es, aus einer QPU eine Plattform zu machen, auf der Programme ausgeführt und Experimente systematisch wiederholt werden können.

An der Entwicklung sind neben dem IMS mehrere Partner beteiligt. Hitachi arbeitet nach Angaben des Instituts am Software-Stack. Das US-Unternehmen Infleqtion ist an der Quantum Processing Unit und dem dazugehörigen QPU-Stack beteiligt.

Für die Forschung ist diese Integration von besonderer Bedeutung. Einzelne Atome kontrollieren zu können, ist eine Sache. Daraus einen Quantencomputer zu bauen, der über Software angesprochen, gesteuert und für unterschiedliche Experimente eingesetzt werden kann, eine andere. Shunkai soll diese Ebenen miteinander verbinden.

Forscher sollen den Neutralatom-Quantencomputer nutzen können

Der neue Quantencomputer ist nicht ausschließlich für das Entwicklerteam vorgesehen. Shunkai soll teilweise auch externen Forschern und Entwicklern zur Verfügung stehen. Sie sollen Anwendungen erproben und unter anderem untersuchen können, wie sich Fehler in Quantenberechnungen erkennen und korrigieren lassen.

Gerade hier liegt eine der großen Hürden auf dem Weg zu leistungsfähigeren Quantencomputern. Qubits reagieren empfindlich auf Störungen, während Berechnungen zugleich mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden müssen. Fehlertoleranz gehört deshalb zu den zentralen Entwicklungszielen moderner Quantencomputer.

Bei der Einordnung des japanischen Systems ist dennoch Zurückhaltung angebracht. Für Shunkai liegen bislang keine veröffentlichten Vergleichswerte vor, aus denen sich eine Überlegenheit gegenüber klassischen Rechnern ableiten ließe. Ein nachgewiesener Quantenvorteil ist für das System nicht dokumentiert.

Auch detaillierte Benchmarks zu Fehlerraten oder Gate-Fidelitäten wurden in den für die Inbetriebnahme veröffentlichten Projektinformationen nicht so ausgewiesen, dass daraus ein belastbarer Vergleich mit anderen Quantencomputern gezogen werden könnte. Eine Rangliste anhand der Qubit-Zahl wäre daher wenig aussagekräftig.

Japan verfolgt mehrere Wege zum Quantencomputer

Shunkai steht nicht am Anfang der japanischen Quantencomputer-Forschung. Schon im März 2023 wurde ein heimisch entwickelter Quantencomputer mit 64 supraleitenden Qubits in Betrieb genommen und über einen Cloud-Service zugänglich gemacht. Das neue Neutralatom-System ersetzt diese Technologie nicht. Es erweitert das japanische Forschungsumfeld um eine weitere Architektur.

Die Arbeiten an Shunkai laufen ebenfalls schon länger. Bereits 2024 hatte das Institute for Molecular Science angekündigt, gemeinsam mit Industriepartnern einen japanischen Quantencomputer auf Basis kalter beziehungsweise neutraler Atome entwickeln zu wollen. Mit der jetzigen Inbetriebnahme ist daraus ein integriertes System geworden.

Das Projekt gehört zum Moonshot Research and Development Program der japanischen Regierung und der Japan Science and Technology Agency. Das langfristige Programmziel reicht weit über den aktuellen Rechner hinaus: Geforscht wird an fehlertoleranten, universell einsetzbaren Quantencomputern.

Davon ist auch Shunkai noch entfernt. Gerade deshalb ist der Rechner zunächst vor allem als Forschungsplattform relevant. An ihm soll erprobt werden, wie gut sich Neutralatom-Systeme vergrößern lassen, ohne dass Kontrolle und Zuverlässigkeit mit zunehmender Zahl der Qubits verloren gehen.

Der nächste Prüfstein liegt jenseits der Qubit-Zahl

Mit Shunkai hat Japan einen Quantencomputer mit neutralen Atomen vom experimentellen Aufbau zu einem vollständigen System weiterentwickelt. Das ist ein technischer Schritt, aber noch kein Beleg dafür, dass die Architektur klassische Rechner bei praktischen Aufgaben übertrifft.

Die nächsten Entwicklungsschritte dürften deshalb aussagekräftiger sein als die reine Startgröße. Zunächst soll Shunkai von rund 50 auf etwa 500 Qubits wachsen. Langfristig stehen 10.000 physische Qubits und Fortschritte bei der Fehlerkorrektur auf der Forschungsagenda.

Ob neutrale Atome diesen Weg zuverlässig mitgehen, wird darüber entscheiden, welche Rolle die Technologie im Wettbewerb der Quantencomputer-Architekturen spielen kann. Shunkai liefert dafür nun eine Plattform, auf der genau diese Frage praktisch untersucht werden soll.