FreqOS
Frequenzumwandler zur optischen Verbindung von Supraleitenden Qubits
Thema Basistechnologien für Quantentechnologien
Fördermaßnahme Wissenschaftliche Vorprojekte (WiVoPro)
Projektlaufzeit 01.08.2026 - 31.07.2029
Projektvolumen 588222
Förderquote zu 100 % durch das BMFTR gefördert
Resonator für die Signalumwandlung
Beschreibung
Motivation
In den letzten Jahren wurden bedeutende Fortschritte in der Quanteninformationsverarbeitung erzielt. Ein künftiger universeller Quantencomputer wird dabei Tausende fehlerkorrigierte logische Qubits benötigen. Die Skalierung supraleitender Schaltkreise auf diese Größe wird jedoch durch das begrenzte Volumen und die limitierte Kühlleistung kryogener Systeme im mK-Bereich verhindert. Das Ziel von FreqOS ist, diese Limitierung zu überwinden. Dies wird durch eine modulare Architektur ermöglicht, in der Quantenschaltkreise in unterschiedlichen Kryostaten über Glasfasern bei Raumtemperatur miteinander verbunden und verschränkt werden können. Zu diesem Zweck wird in FreqOS ein Frequenzwandler entwickelt, der Photonen zwischen Mikrowellen- und optischen Frequenzen effizient und kohärent umwandelt.
Ziele und Vorgehen
Im Projekt werden Seltenerd-dotierte Kristalle verwendet. Vorangegangene Experimente erreichten dabei Effizienzen im Prozentbereich, erforderten allerdings eine hohe optische Pumpleistung. Die resultierende Erwärmung führte zu Rauschen, das die Verbindung von Quantencomputern verhindert. Dies wird in FreqOS überwunden, indem Erbium-dotierte Kristalle gleichzeitig in Mikrowellen- und optische Resonatoren mit hohen Gütefaktoren eingebracht und dadurch die Wechselwirkung verstärkt wird.
Innovation und Perspektiven
Die entwickelten Frequenzwandler sollen den Weg bereiten, um Verschränkung zwischen entfernten supraleitenden Qubits zu erzeugen. Dabei soll untersucht werden, welche Fidelity sich mit dieser neuen Hardware-Plattform für die Signalwandlung erreichen lässt und ob sie für fehlerkorrigierte verteilte Quantencomputer ausreicht. Darüber hinaus wird die Anbindung des Frequenzwandlers an ein Quantencomputing-Demonstrationsexperiment in München vorbereitet. Dadurch wird die Grundlage dafür gelegt, künftig eine modulare Skalierung supraleitender Quantenprozessoren zu ermöglichen.
Koordinierender Projektpartner
Prof. Dr. Andreas Reiserer
E-Mail: andreas.reiserer@tum.de
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