Quantumcomputing

Motivation

Das Quantencomputing wurde in den letzten 10 Jahren zu einem Schwerpunktthema des PGI entwickelt. In dieser Zeit hat das Forschungsgebiet erhebliche Fortschritte gemacht. Heute besteht die Aussicht, dass wir uns auf dem direkten Weg zur Entwicklung realer Rechenmaschinen befinden, die auf den Prinzipien der Quantenkohärenz basieren. Um zu diesem Ziel beizutragen hat das PGI Kompetenzen zusammengebracht, um ein führendes Forschungsprogramm auf diesem Gebiet voranzutreiben. Der Bau eines deutschen oder europäischen Quantencomputers in Jülich sind damit in greifbare Nähe gerückt.

Grundlagen

Auf der einen Seite beschäftigen sich unsere Institutsbereiche mit den rein theoretischen Vorhersagen und Modellierungen und der Kontrolltheorie auf Systemebene. Auf der anderen werden diese durch Experimente mit halbleitenden und supraleitenden Qubitsystemen ergänzt. Um ganze Systeme zu entwickeln, wird die Hardwareentwicklung durch Softwareentwicklung für Quantencomputer komplettiert. Unser wissenschaftlicher Beitrag besteht vor allem darin, die Qualität der Qubits zu verbessern, ihre Anzahl in Systemen zu erhöhen und diese mit geringen Fehlerraten nutzbar zu machen. Daher ist es derzeit besonders wichtig durch die Verbesserung der einzelnen Komponenten und der Fehlerkorrekturmechanismen die Fehleranfälligkeit zu reduzieren.

Die Bauteil- und Systementwicklung profitiert dabei von der engen Verbindung zu den Materialkompetenzen im PGI. Darüber hinaus suchen wir den gezielten Austausch und tragen aktiv in verschiedenen Projekten mit anderen wissenschaftlichen Einrichtungen, Universitäten und der Industrie zum Fortschritt des Quantencomputings bei.

Infrastrukturen & Kooperationen:

Wichtige unterstützende Infrastrukturen in Jülich auf diesem Gebiet sind:

- Das Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA), das Elektronik entwickelt, die so auf dem Markt nicht erhältlich ist.
- Das Jülich Supercomputing Centre (JSC), das als Nutzerzentrum neben Rechenleistung und IT-Werkzeugen auch Methoden und Know-how bereitstellt und die Anwendungsentwicklung vorantreibt.

Der Austausch innerhalb des JARA Instituts für Quanteninformation (IQI), eines gemeinsamen Projekts der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich, und innerhalb des Exzellenzclusters Matter and Light for Quantum Computing (ML4Q) zwischen der Universität Köln, der Universität Bonn, der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich kombiniert zusätzliche Kräfte der theoretischen und experimentellen Forschung.