Kompakter Quantencomputer für Serverzentren

In den letzten drei Jahrzehnten wurden an der Universität Innsbruck, Österreich, die grundlegenden Grundlagen für den Bau von Quantencomputern geschaffen. Im Rahmen der zukunftsweisenden Quantentechnologien der EU haben Forscher des Instituts für Experimentalphysik in Innsbruck einen Demonstrator eines Miniatur-Quantencomputers für Ionen gebaut. „Quantencomputing-Experimente füllen normalerweise 30 bis 50 Quadratmeter große Labors“, sagt Thomas Munz von der Universität Innsbruck. „Wir wollten nun die hier in Innsbruck entwickelten Technologien auf kleinstem Raum unter Einhaltung gängiger Industriestandards unterbringen.“ Das neue Gerät soll zeigen, dass Quantencomputer schon bald in Rechenzentren eingesetzt werden können. „Wir konnten zeigen, dass Kompaktheit nicht zu Lasten der Arbeitsplätze gehen darf“, ergänzt Christian Marciniak vom Innsbrucker Team.

Die einzelnen Bausteine ​​des weltweit ersten kompakten Quantencomputers mussten deutlich verkleinert werden. Beispielsweise nimmt der zentrale Teil eines Quantencomputers, die in einer Vakuumkammer installierte Ionenfalle, nur einen kleinen Teil des bisher benötigten Platzes ein. Es wurde Forschern von Alpine Quantum Technologies (AQT), einer Außenstelle der Universität Innsbruck und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, zur Verfügung gestellt, die einen kommerziellen Quantencomputer bauen will. Die anderen Komponenten steuerten das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena und der Laserspezialist TOPTICA Photonics in München bei.

Ein kompakter Quantencomputer kann autark betrieben und demnächst online programmiert werden. Eine besondere Herausforderung bestand darin, die Stabilität des Quantencomputers zu gewährleisten. Quantengeräte sind hochsensibel und werden im Labor mit Hilfe aufwendiger Verfahren vor äußeren Störungen geschützt. Erstaunlicherweise ist es dem Innsbrucker Team gelungen, diesen Qualitätsanspruch auch auf das kompakte Gerät zu übertragen und so für einen sicheren und unterbrechungsfreien Betrieb zu sorgen.

Ein kritischer Faktor für den industriellen Einsatz eines Quantencomputers ist neben der Stabilität die Anzahl der verfügbaren Quantenbits. So hat sich die Bundesregierung in ihrer jüngsten Förderkampagne das Ziel gesetzt, voll funktionsfähige experimentelle Quantencomputer mit 24 Qubits zu schaffen. Dieses Ziel haben die Innsbrucker Physiker bereits erreicht. Sie konnten die Verschränkung von bis zu 24 Ionen in das neue Gerät individuell steuern. „Bis nächstes Jahr wollen wir ein Gerät mit bis zu 50 einzeln angesteuerten Quantenbits haben“, sagt Thomas Munz, der bereits in die Zukunft blickt.

Das Projekt wird unter anderem vom Wissenschaftsfonds FWF, der Forschungsförderungsgesellschaft FFG, der Europäischen Union und dem Österreichischen Industrieverband Tirol finanziell unterstützt.

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Publikation: Ion-Trap Embedded Quantum Computing Demonstrator. Pogorelow, T.; Feldker, S. Marciniak, L. Postler, J. Jacob, O. Kriegelsteiner, F. Podlinik, M. Meath, V. Njnevitsky, M. Stadler, B. K. Lakhmanskiy, R. Blatt, P. Schindler und T. Monz
als PRX 2, 020343 – Gepostet am 17. Juni 2021
https: //dui.Hirsch /10.1103/Menge.2.020343