Aus der Quantenwelt

Sie haben mit ihren bahnbrechenden Experimenten die Grundlagen für neue Quantentechnologien geschaffen und dafür 2022 den Physiknobelpreis erhalten: die Quantenforscher Prof. Alain Aspect, Prof. John Clauser und Prof. Anton Zeilinger. Nun geht es darum, die Möglichkeiten der Quantenwelt zu nutzen, wie etwa den Quantencomputer. Jülicher Wissenschaftler:innen haben verschiedene Ansätze gefunden, um leistungsfähigen Quantencomputern, die reale Probleme lösen, näher zu kommen.

Bild oben: Auf die Größe eines Tischgeräts geschrumpft: Kühlsystem (Mischkryostat) für die Entwicklung und zukünftigen Betrieb von Quantencomputern am JARA-Institut für Quanteninformation.

Entscheidendes Puzzleteil für den Sprung zu Millionen Qubits

Aus der Quantenwelt

Millionen von Quantenbits sind nötig, damit Quantencomputer praktische Aufgaben lösen können. Aktuelle Prototypen mit einigen wenigen Recheneinheiten auf Millionen Qubits zu skalieren, ist jedoch bisher ein Problem. Einerseits müssen die Qubits auf einem Chip nahe beieinanderliegen, um sie miteinander zu koppeln. Andererseits sollen sie auseinanderrücken, um Platz für die notwendige Steuer- und Messelektronik zu schaffen. Denn: Integrierte Elektronik ist aus Platzgründen sehr vorteilhaft, um Rechner mit Millionen Qubits zu bauen. Forschende des Forschungszentrums Jülich und der RWTH Aachen sind einer Lösung der beiden gegensätzlichen Anforderungen einen bedeutenden Schritt näher gekommen. Ihnen gelang es, Elektronen, die Träger der Quanteninformation, über mehrere Mikrometer auf einem Halbleiter-Quantenchip zu transportieren. Ihr „Quantenbus“ könnte das entscheidende Puzzleteil sein, um den möglichen Abstand zwischen den Qubits zu erhöhen und so den Sprung zu Millionen Qubits zu meistern.

Mehr dazu unter: go.fzj.de/effzett-quanten-bus

JARA Institut für Quanteninformation

Wissenschaftler*innen des JARA Instituts für Quanteninformation forschen an der Realisierung eines Quantencomputers. Das Video zeigt, welche Wege und Ansätze sie verfolgen.

Erstes Hybrid-Quantenbit auf Basis topologischer Isolatoren

Topologische Qubits könnten mit ihren besonderen Eigenschaften dem universell einsetzbaren Quantencomputer zum Durchbruch verhelfen. Bisher ließ sich aber noch kein Quantenbit, kurz Qubit, dieses Typs im Labor realisieren. Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich ist nun aber ein wichtiger Teilerfolg geglückt. Ihnen gelang es erstmalig, einen topologischen Isolator in ein konventionelles supraleitendes Qubit zu integrieren – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum topologischen Quantencomputer.

Mehr dazu unter: go.fzj.de/effzett-hybrid-qubit

Aufs Gleichgewicht kommt es an

Quantencomputerchips benötigen die richtige Mischung aus Ordnung und Unordnung. Das haben Forscher:innen im Exzellenzcluster Materie und Licht für Quanteninformation (ML4Q) herausgefunden, an dem auch Jülicher Wissenschaftler:innen beteiligt sind. Zu viel Ordnung wirkt sich auf die Chips ähnlich aus wie eine im Gleichschritt marschierende Menschenmenge auf eine Brücke: Es kommt zu Schwingungen, die die Konstruktion destabilisieren. Bei Chips lösen Kopplungen zwischen Qubit-Zuständen die Schwingungen aus, was die Quanteninformation zerstört. Daher sei es wichtig, bereits beim Chip-Design gezielt Qubit-zu-Qubit-Unvollkommenheiten einzuplanen.

Mehr dazu unter: go.fzj.de/unordnung-quantenchips

100 Qubits …

… mindestens hat ein Quantensimulator, der mit dem Supercomputer JUWELS am Forschungszentrum gekoppelt wird. Er ist einer von zwei Quantensimulatoren des französischen Start-up-Unternehmens PASQAL, die im EU-Projekt „High-Performance Computer and Quantum Simulator hybrid“ (HPCQS) mit einem Höchstleistungsrechner verbunden werden. Der zweite Simulator wird mit dem französischen Supercomputer JOLIOT-CURIE verknüpft. Solche Hybridrechner gelten als Meilenstein, um Quantencomputer für praktische Anwendungen zu nutzen.

Bilder: Forschungszentrum Jülich/Sascha Kreklau, PASQAL

Text erschienen in Asugabe 2-2022 effzett
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Letzte Änderung: 19.09.2023