Kleiner Prototyp zeigt, wie Quantencomputing in Rechenzentren gelangen könnte

In den letzten drei Jahrzehnten wurden an der Universität Innsbruck, Österreich, grundlegende Grundlagen für den Bau von Quantencomputern geschaffen. Als Teil der Flaggschiff-Quantentechnologien der EU haben Forscher des Instituts für Experimentalphysik in Innsbruck nun einen Demonstrator für einen kompakten Ionenfallen-Quantencomputer gebaut. „Unsere Quantencomputing-Experimente füllen typischerweise Labors von 30 bis 50 Quadratmetern“, erklärt Thomas Monz von der Universität Innsbruck. „Wir wollten nun die hier in Innsbruck entwickelten Technologien auf kleinstem Raum integrieren und dabei den branchenüblichen Standards gerecht werden. Das neue Gerät soll zeigen, dass Quantencomputer schon bald in Rechenzentren eingesetzt werden können. „Wir konnten zeigen, dass Kompaktheit nicht auf Kosten der Funktionalität gehen darf“, ergänzt Christian Marciniak vom Innsbrucker Team.

Die einzelnen Bausteine ​​des weltweit ersten kompakten Quantencomputers mussten drastisch verkleinert werden. So nimmt das Herzstück des Quantencomputers, die in einer Vakuumkammer installierte Ionenfalle, nur einen Bruchteil des bisher benötigten Platzes ein. Es wurde Forschern von Alpine Quantum Technologies (AQT), einem Spin-off der Universität Innsbruck und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, zur Verfügung gestellt, das einen kommerziellen Quantencomputer bauen will. Weitere Komponenten lieferten das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena und der Laserspezialist TOPTICA Photonics in München.

Bis zu 50 Quantenbits

Der kompakte Quantencomputer kann autonom arbeiten und wird bald online programmierbar sein. Eine besondere Herausforderung bestand darin, die Stabilität des Quantencomputers zu gewährleisten. Quantengeräte sind sehr empfindlich und werden im Labor durch ausgeklügelte Maßnahmen vor äußeren Störungen geschützt. Überraschenderweise ist es dem Innsbrucker Team auch gelungen, diesen Qualitätsanspruch auf das kompakte Gerät zu übertragen und so einen sicheren und unterbrechungsfreien Betrieb zu gewährleisten.

Ein entscheidender Faktor für den industriellen Einsatz eines Quantencomputers ist neben der Stabilität die Anzahl der verfügbaren Quantenbits. So hat sich beispielsweise die Bundesregierung in ihrer jüngsten Spendenaktion zum Ziel gesetzt, erste Demonstrations-Quantencomputer mit 24 voll funktionsfähigen Qubits zu bauen. Dieses Ziel haben Innsbrucker Quantenphysiker bereits erreicht. Bis zu 24 Ionen konnten sie mit dem neuen Gerät individuell kontrollieren und erfolgreich verschränken. „Bis nächstes Jahr wollen wir ein Gerät mit bis zu 50 einzeln ansteuerbaren Quantenbits liefern“, blickt Thomas Monz bereits in die Zukunft.

Referenz: Pogorelov I, Feldker T, Marciniak ChD, et al. Kompakter Demonstrator für Quantencomputer mit Ionenfallen. Als PRX. 2021; 2 (2): 020343. mache ich: 10.1103 / PRXQuantum.2.020343

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