22.08.2019

Tragbare Quantencomputer

EU-Projekt soll zu Ionenfallen bei Raumtemperatur führen.

Ionenfallen haben sich als sehr erfolg­reiche Tech­nologie für die Kontrolle und Mani­pulation von Quantenteilchen erwiesen. Sie bilden heute das Herzstück der ersten funktions­fähigen Quanten­computer und gelten neben supraleitenden Quantenbits als vielver­sprechendste Technologie für den Bau von kommerziellen Quanten­computern. Im Rahmen des EU-Horizon-2020-Projekts „Piedmons“ loten Ingenieure und Forscher aus, wie Ionenfallen mittels Halbleiter-Fertigungs­technologien gebaut werden können und welche Quantenchip-Architekturen besonders von der erhöhten Präzision und Skalier­barkeit moderner Halbleiter­fertigung profitieren.

Darüber hinaus wollen die Forschungs­partner – Infineon Technologies Austria, Universität Innsbruck, ETH Zürich und Interactive Fully Electrical Vehicles SRL aus Italien – erkunden, ob dank neuartiger Fallen­geometrie Ionenfallen auch bei Raumtemperatur betrieben werden können. Die Forscher zielen auf die Herstellung robusterer Quantensysteme und die Miniaturisierung des Gesamt­systems mittels on-chip Integration der nötigen Elektronik. On-chip bedeutet, dass die neu entwickelte Elektronik direkt neben dem Quantensystem eingebaut wird – im Labor nehmen sie derzeit noch viel Platz neben dem Versuchsaufbau ein. Die Vision lautet: Quanten­computer sollen erstmals portabel werden.

So forscht Silke Auchter in ihrer Doktorarbeit an Ionen­fallen. Diese Ionenfallen sollen mittels Halbleiter-Fertigungs­technologien weiterentwickelt werden. So können die Fallen sehr einheitlich und präzise produziert und leichter mit minia­turisierter Elektronik und Optik verbunden werden. Auch lassen sich auf diese Weise komplexere und umfangreichere Fallen­konzepte umsetzen, die robust gegenüber äußeren Störeinflüssen sind. Ionen bilden die Grundlage für Quantenbits. Forscher fangen Ionen im Labor in einem elektro­magnetischen Feld, dessen genaue Form durch den Aufbau der Ionenfalle bestimmt wird. Mikro­fabrizierte Fallen hatten die Ionen bisher nicht optimal im Griff. Wenn es gelingt, diese Quantenchips so zu konstruieren, dass die Ionen darin stabiler gefangen bleiben, hilft das den Quantenforschern in Innsbruck und Zürich bei ihrem Bestreben nach größeren Quanten­registern und komplexeren Quanten­algorithmen.

Außerdem sind robuste Quantenzustände eine Voraus­setzung für den Einsatz außerhalb von Labor­bedingungen, also bei Raumtemperatur und letztendlich sogar mobil. Mit den ersten Quantenchip-Prototypen, entwickelt in der MEMS-Abteilung in Villach, werden derzeit bereits Experimente von Silke Auchter durchgeführt. Ziel ihrer Forschungs­arbeit ist die Herstellung einer mikro­fabrizierten Ionenfalle, in der die Ionen stabil bei Raumtemperatur gefangen sind. Derzeit müssen die Prototypen von Quanten­computern noch sehr stark gekühlt werden, was ein großes Hindernis für die industrielle Produktion von Quantencomputern darstellt. In ihren Experimenten versucht Auchter daher, Ionen so optimal zu fangen, dass Quantenchips auch bei Raumtemperatur funktionieren und noch komplexere Chip­architekturen gebaut werden können.

U. Innsbruck / JOL

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