Neuer „Boost“ für die Quantentechnologien
Im Rahmen des Forschungsprogramms „Quantensysteme“ fördert der Bund das Projekt SUPERARRAY unter Leitung der TU Darmstadt mit 3,6 Millionen Euro.
Die TU Darmstadt koordiniert das Verbundprojekt SUPERARRAY, in dem neue Techniken zur präzisen und stabilen Steuerung von Quantenprozessoren mit vielen Recheneinheiten entwickelt werden. Im Fokus steht eine Plattform, die Laserquellen und atomare Speicherplätze so verbindet, dass deutlich größere und zuverlässigere Quantensysteme entstehen können – auch außerhalb des Labors.
„Je mehr Speicherelemente und je mehr Rechenkerne, desto leistungsfähiger“ – was für klassische Computer gilt, trifft auch auf Quantencomputer und Quantensimulatoren zu: Systeme mit vielen Recheneinheiten versprechen mehr Rechenleistung – eine Fähigkeit, die als Skalierbarkeit bezeichnet wird. Allerdings macht die Anwendung von quantenphysikalischen Prozessen die beteiligten Quantensysteme gegenüber äußeren Störungen sehr empfindlich.
Für den wirtschaftlichen Einsatz solcher Quantencomputer sind daher stabile Lösungen erforderlich. Zudem müssen die Systeme nicht nur im Labor funktionieren, sondern auch unter realen Bedingungen bestehen. Damit dies gelingt, müssen die Geschwindigkeit der quantenlogischen Operationen – also die Taktrate – die Stabilität und die Betriebszeit ohne erneute Anpassung der Systeme deutlich steigen. Gleichzeitig erfordert der Aufbau leistungsfähiger Quantenprozessoren auch eine deutlich höhere Zahl von Qubits. Je mehr Qubits genutzt werden können, desto komplexere Rechenaufgaben lassen sich bearbeiten – vorausgesetzt, die Fehleranfälligkeit bleibt gering.
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Weltweit wird intensiv daran geforscht, die Anzahl der Qubits zu erhöhen. Diese quantenmechanischen Informationseinheiten lassen sich für Rechenoperationen nutzen und bilden die Grundlage für die Funktionalität von Quantencomputern. Gleichzeitig sollen Rechenfehler durch stabile und rauscharme Technologien reduziert werden.
Hier setzt das Projekt SUPERARRAY an. Die Arbeitsgruppe „Atome – Photonen – Quanten“ um Professor Gerhard Birkl am Fachbereich Physik der TU Darmstadt bringt ihre im internationalen Vergleich besonders ambitionierte Architektur für Quantenprozessoren ein und entwickelt diese gemeinsam mit den Projektpartnern FiberBridge Photonics, planqc und MuniQC-Atoms weiter.
SUPERARRAY kombiniert dabei modernste optische Technologien mit Methoden der Quantenoptik. Ziel ist es, Quantenzustände präzise und fehlertolerant zu manipulieren. Dabei entsteht eine modulare Plattform, in der multiple Laserquellen über Wellenleiter mit atomaren Quantenarrays verbunden werden – ein erheblicher Schritt in Richtung von anwendungstauglichen Quantencomputern.
Für das Projekt stellt das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen des Forschungsprogramms „Quantensysteme“ insgesamt 3,59 Millionen Euro zur Verfügung. [TU Darmstadt / dre]
