Mikrochipfalle für Quantencomputer

Ulmer Physiker haben die erste Mikrochipfalle in Europa realisiert, die für Experimente auf dem Weg zum skalierbaren Quantencomputer genutzt wird.

Am Institut für Quanteninformationsverarbeitung der Universität Ulm haben Stephan Schulz und Ferdinand Schmidt-Kaler die erste Mikrochipfalle in Europa realisiert, die für Experimente auf dem Weg zum skalierbaren Quantencomputer genutzt wird. Der Prototyp der dreidimensionalen linearen Mikrochipfalle speichert einzelne Ca ⁺-Ionen, die wie Perlen auf einer Kette angeordnet sind. Jedes einzelne Ion stellt ein Quantenbit dar, analog zu den Bits eines alltäglichen Computers. Der zukünftige Quantencomputer wird durch die Nutzung der Quantenbits bisher unlösbare Probleme aus Informatik und Naturwissenschaft mit außergewöhnlichen Rechenleistungen lösen.

In der neuartigen Mikrochipfalle werden die Ca ⁺-Ionen durch elektrische Felder gespeichert. Eine Vielzahl von einzelnen Kontrollsegmenten erlaubt erstmals parallel die Aufteilung der Ionenketten in separierte Einzelionen, die kontrolliert durch elektrische Spannungen verschoben werden. Für die Operationen des Quantencomputers werden einzelne Ionen mit Laserpulsen manipuliert und das Rechenergebnis optisch ausgelesen.

Abb.: Der Mikrochip hat eine Größe von 11×11 mm ² und besteht aus 64 einzeln ansteuerbaren Elektroden. Er wird mit einer Frequenz von 24 MHz im Ultrahochvakuum betrieben. (Quelle: Universität Ulm)

Die neue Mikrochipfalle ist aufgrund der Anzahl ihrer Kontrollsegmente weltweit einzigartig. Damit verfügt sie erstmals über einen getrennten Speicher- und Prozessorbereich um die Skalierbarkeit eines Quantencomputers mit einzelnen Ionen zu demonstrieren. Ziel ist die Speicherung und Verarbeitung von etwa 100 Quantenbits - entsprechend einer Leistungsfähigkeit, die jeden herkömmlichen Computer weit übertrifft.

Das an der Universtität Ulm entwickelte Quanten-Device ist das Referenzdesign für die von der EU geförderte Entwicklung von skalierbaren Ionen-Quantencomputern. Ähnliche Devices werden derzeit ebenfalls in den USA entwickelt.

Quelle: Universität Ulm

Weitere Infos:

• Quanteninformationsverarbeitung, Uni Ulm:
  http://www.uni-ulm.de/qiv/