Forscher reduzieren Größe von Quantencomputern

Forscher haben einen Prototypen eines Quantencomputers entwickelt, der in gewöhnlichen Server-Racks installiert werden kann. Das von Wissenschaftlern der Universität Innsbruck im Rahmen des von der EU finanzierten Projekts AQTION konzipierte System benötigt lediglich zwei gewöhnliche 19-Zoll-Racks. Die Stromversorgung erfolgt über eine reguläre Steckdose.

Der voll funktionsfähige Prototyp soll zeigen, dass sich Quantencomputer auch außerhalb der Laborumgebungen betreiben lassen, unter denen sie entwickelt werden. Dort greifen Forscher in der Regel auf eine speziell für ihre Zwecke entwickelte Infrastruktur zurück.

Das von der EU mit 10 Millionen Euro unterstützte AQTION-Projekt hat das Ziel, einen kompakten Ionenfallen-Quantencomputer zu entwickeln, der Industriestandards erfüllt und nicht auf besondere Laborbedingungen angewiesen ist. “Unsere experimentellen Quantencomputer füllen normalerweise Laborräume mit einer Fläche von 30 bis 50 Quadratmetern”, sagte Thomas Monz, Koordinator des AQTION-Projekts. “Nun ging es darum, die hier in Innsbruck entwickelten Technologien auf kleinstem Raum unterzubringen und gleichzeitig industrieübliche Standards zu erfüllen.”

Mit ihrer Arbeit wollen die Forscher auch den Beweis erbringen, dass Quantencomputer schon bald bereit sind für den Einsatz in Rechenzentren. Zu diesem Zweck verfolgen sie einen besonderen Ansatz. Als Qubits verwenden die Forscher Ionen, wobei die Quanteninformationen im elektronischen Zustand der Ionen hinterlegt werden. Operationen wiederum werden mit Laserimpulsen ausgeführt, die den Zustand der Partikel verändern und kontrollieren.

Der Ansatz unterscheidet sich von der Technik, die beispielsweise IBM und Google für ihre Quantencomputer einsetzen. Ebenfalls auf Ionenfallen setzt indes Honeywell für seine Quantencomputer-Technik.

Damit das fertige System in Standardracks passt, mussten die Forscher die Größe aller benötigen Komponenten reduzieren, angefangen beim Ionenfallen-Prozessor bis hin zur Vakuumkammer. Dabei mussten sie auch sicherstellen, dass dies nicht zu Lasten der Performance geschieht. Die ersten Ergebnisse des Prototyps bezeichneten die Forscher indes als vielversprechend.

Auch außerhalb kontrollierter Laborbedingungen waren die Physiker in der Lage, bis zu 24 Ionen zu steuern. Leistung und Fehlerrate entsprachen zudem den in einem Labor erzielten Ergebnissen. “Wir haben gezeigt, dass Kompaktheit nicht zu Lasten der Funktionalität geht”, ergänzte Christian Marciniak, Forscher an der Universität Innsbruck.

Im kommenden Jahr wollen die Forscher ein System mit 50 kontrollierbaren Qubits aufbauen. Zudem soll die Hardware und Software des aktuellen Systems noch weiter aufgerüstet werden, bevor es Online verfügbar gemacht wird. So sollen Forscher Zugang zu dem System erhalten, um Quanten-Algorithmen auf einer Hardware-unabhängigen Quantencomputer-Sprache zu testen.