Deutsche Quantenrechner bekommen Milliardenförderung

Gemeinsam wollen das QuTech-Institut in Delft und die Aachen Jülich Research Alliance (JARA), bestehend aus dem Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen, die Entwicklung von Quantenwissenschaften, speziell im Bereich des Festkörper-Quantencomputing weiter voran bringen. Das Projekt wird von der EU in einem Flagship-Programm mit insgesamt einer Milliarde Euro gefördert. Ziel ist es, Quantenrechner noch leistungsfähiger zu machen.

QuTech und JARA haben bereits umfangreiche Erfahrungen im Bereich Quantenwissenschaften vorzuweisen. QuTech ist seit Jahren in der experimentellen Quantentransportforschung aktiv und verfolgt dabei verschiedene Ansätze für die Quanteninformationsverarbeitung.

So wurden hier vor kurzem die Grundlagen eines auf Quantenverschränkung basierenden Netzwerks in einem Experiment gelegt. Bei JARA sind in der Vergangenheit theoretische Arbeiten im Bereich der Quanteninformationswissenschaften entstanden. Zudem verfügt die Organisation Zugriff auf konventionelle Hochleistungsrechner.

Nun sollen auf den Gebieten der festkörperbasierten Quanteninformationsverarbeitung (SQIP) und des Hochleistungsrechnens (HPC) die jeweiligen Expertisen der Einrichtungen zusammengebracht werden. Ziel ist unter anderem die Schaffung von Quantensystemen mit einer hohen Anzahl von kontrollierbaren und zuverlässigen Qubits. Dabei wollen die Forscher die Phänomene besser verstehen lernen aber auch die praktische Umsetzung soll eine Rolle spielen. Besonderes Interesse gilt dem skalierbaren, festkörperbasierten Quantencomputing über das neue Wege in der Informationsverarbeitung beschritten werden sollen.

Diese neuartigen Rechner basieren auf so genannten “Quantenbits”, kurz Qubits, die die Zustände Null und Eins simultan annehmen können. Klassische “digitale” Bits hingegen können entweder Null oder Eins darstellen. Durch das Superpositionsprinzip versprechen Quantenrechner, die Rechenleistung von Computern dramatisch erhöhen um damit den künftigen Anforderungen gerecht werden zu können.

Doch auch bei der Sicherheit künftiger Systeme haben die Forscher hohe Erwartungen an die Quantenrechner. Das Prinzip der Quantenverschränkung beschreibt die Tatsache, dass Qubits miteinander verbunden bleiben, auch wenn sich an verschiedenen Orten befinden. Quantensysteme, die über Distanzen hinweg verschränkt sind, könnten daher die Basis für Quantennetzwerke und zukünftiges Cloud Computing bilden. Für Hacker wären solche Systeme praktisch unangreifbar.

Doch derzeit bestehen Quantenchips nur aus wenigen Qubits. Dadurch sind herkömmliche Rechner leistungsfähiger als Quantensystem. Um aber Systeme mit mehreren Qubits realisieren zu können, müssen Design und die Kontrolle von Quantenchips optimiert werden.

Speziell diesem Bereich wollen sich die Teams von Professor Hendrik Bluhm, Professor David DiVincenzo des JARA FIT-Instituts sowie Lieven Vandersypen (QuTech) auf Ebene von Quantenchips widmend. Dr. Leo DiCarlo, von QuTech untersucht supraleitenden Qubitsystemen. Hybride Quantensysteme sind das Gebiet der Jülicher Professoren Stephan van Waasen und Kristel Michielsen. Die Gruppe um Professor Koen Bertels, QuTech, hingegen werde sich den Herausforderungen von Quantenchiparchitekturen mit höheren Anzahl von Qubits widmen.

Rechenfehler von Quantencomputern zu korrigieren ist derzeit noch eine der größten Herausforderungen der skalierbaren Quanteninformationsverarbeitung. Quanteninformationen sind fehleranfällig, daher ist schwierig, Korrekturen vorzunehmen, ohne neue Fehler in Quantensysteme einzubringen. Hier wollen Professor Barbara Terhal und Dr. Tim Taminiau an der Entwicklung und Umsetzung von fehlerkorrigierenden Quantencodes arbeiten.

Professor Ronald Hanson, wissenschaftlicher Direktor von QuTech: “Indem wir die Expertise und das Wissen dieser Forschungspartner zusammenbringen, werden wir in der Lage sein, die Quanteninformationswissenschaften auf die nächste Stufe zu führen. Ich freue mich bereits darauf, in den kommenden Jahren die Früchte dieser Zusammenarbeit ernten zu können.“