Kompakter Quantencomputer für Serverzentren
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BILD: Der kompakte Quantencomputer passt in zwei 19-Zoll-Server-Racks. Aussicht Nach dem
Credit: Universität Innsbruck
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 beispielsweise das Herzstück des Quantencomputers, die in einer Vakuumkammer installierte Ionenfalle, nur noch 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 sicherzustellen. 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 die Bundesregierung beispielsweise in ihrer jüngsten Spendenaktion das Ziel gesetzt, erste Demonstrations-Quantencomputer mit 24 voll funktionsfähigen Qubits zu bauen. Quantenphysiker in Innsbruck haben dieses Ziel 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.
Das Projekt wird unter anderem vom Wissenschaftsfonds FWF, der Forschungsförderungsgesellschaft FFG, der Europäischen Union und der Industriellenvereinigung Tirol finanziell unterstützt.
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Publikation: Compact Ion-Trap Quantum Computing Demonstrator. I. Pogorelov, T. Feldker, Ch. D. Marciniak, L. Postler, G. Jacob, O. Krieglsteiner, V. Podlesnic, M. Meth, V. Negnevitsky, M. Stadler, B. Höfer, C. Wächter, K. Lakhmanskiy, R. Blatt, P. Schindler und T. Monz
Als PRX 2, 020343 – Veröffentlicht am 17. Juni 2021
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