Ionenfallenchip, der die MAGIC Methode demonstriert.
Beschreibung
Motivation
In Quantencomputern wird Information in Quantenbits gespeichert und verarbeitet. Quantenbits können, im Gegensatz zu klassischen Bits, gleichzeitig die Werte 0 und 1 annehmen. Diese Gleichzeitigkeit, die sogenannte Quantenparallelität, ist ein wesentliches Merkmal von Quantencomputern und ermöglicht ihnen die effiziente Lösung von komplexen Problemen, welche aufgrund ihrer Skalierung auch für die besten Bit‐basierten Supercomputer praktisch unlösbar bleiben werden.
Tatsächlich wurde die Lösung solcher Probleme bereits in existierenden Quantencomputern demonstriert. Diese sind jedoch für industrielle und wissenschaftliche Anwendungen noch nicht ausreichend leistungsfähig.
Ziele und Vorgehen
Das MIQRO‐Projekt wird einen modularen Quantencomputer entwickeln, aufgebaut aus „Quanten‐Kernen“, welche gespeicherte atomare Ionen als Quantenbits verwenden.
Die in diesen mit hoher Funktionalität ausgestatteten Quanten‐Kernen ausgeführten quantenlogischen Operationen werden durch Hochfrequenz (HF)‐Wellen kontrolliert. Dies wird durch Magnetic Gradient Induced Coupling, kurz MAGIC, ermöglicht. Das MAGIC-Konzept unterscheidet sich von anderen Ansätzen durch perfekt reproduzierbare Qubits, stark reduzierte Kühlanforderungen und sehr gut integrierbare Hochfrequenzelektronik für die Steuerung der Qubits.
Darüber hinaus wird die gleichzeitige Kopplung vieler Qubits in einem Quantenkern bei gleichzeitig unerreicht kleinem Übersprechen (fehlerhafte Veränderung nicht‐adressierter Qubits) zwischen den Qubits, Quantenalgorithmen beschleunigen.
Die MAGIC‐Methode wird hier um neue leistungsfähige, mikrostrukturierte Ionenspeicher erweitert. Dies wird Quantengatter hoher Güte und quantenlogische Fehlerkorrektur ermöglichen und so entscheidend zur Skalierung von Quantenrechnern beitragen.
Innovation und Perspektiven
Der in diesem Projekt entwickelte und betriebene Quantenkern stellt das Herzstück eines zukünftigen Ionen‐basierten, universellen Quantencomputers dar. Dieser Quantencomputer wird auf Tausend Qubits skalierbar sein und damit vielfältigen industriellen und akademischen Anwendungen den Weg bereiten.
