Spin-Photonen-basierter Quantencomputer aus Diamant (Spinning)
Das Verbundprojekt "SPINNING" (Diamant-Spin-Photonen-basierter Quantencomputer) hat zum Ziel, den Demonstrator eines Quantenprozessors "made in Germany" sowie die notwendige Peripherie zur Anbindung des Prozessors an klassische Computersysteme zu entwickeln. Der Quantenprozessor basiert auf sogenannten Spin-Qubits in synthetischem Diamant. Im Vergleich zu heutigen Quantencomputern zeichnet sich die geplante Hardware durch längere Betriebszeiten und geringere Fehlerraten sowie durch einen geringeren Kühlungsbedarf aus. Der Quantenprozessor wird zunächst mit 10, später mit 100 Qubits und mehr rechnen können und wäre damit in der Lage, die Produkte komplexer quantenchemischer Reaktionen vorherzusagen.
"SPINNING" nutzt das gesamte wirtschaftliche und wissenschaftliche Know-how von sechs Universitäten, zwei gemeinnützigen Forschungseinrichtungen, fünf Industrieunternehmen (KMU und Spin-offs) und vierzehn assoziierten Partnern (davon zehn Unternehmen). Alle Teilnehmer sind auf dem Gebiet der vorwettbewerblichen Hardware-, Firmware- und Softwareentwicklung sehr aktiv.
Die Projektpartner von "SPINNING" arbeiten an einem Design, das sich durch eine noch nie dagewesene Konnektivität und flexible Konfigurationen auszeichnet. Darüber hinaus kann der Quantenprozessor mit geringem Kühlungsbedarf arbeiten und somit in unmittelbarer Nähe zu klassischen Computersystemen eingesetzt werden.
Lokale Register, die aus fünf Qubits bestehen, werden durch Kopplung von Spins an photonische Resonatoren realisiert, was Kohärenzzeiten von Minuten ermöglicht und gleichzeitig eine hohe Konnektivität innerhalb jedes Registers aufrechterhält. Diese Register werden optisch zu einem Quantenprozessor verbunden und ermöglichen so einen universellen Quantencomputer mit vollständig programmierbarer Konnektivität der Register. Auf diese Weise können 2-Qubit-Gatter sowohl lokal, innerhalb eines Registers, als auch global, zwischen zwei Registern, implementiert werden. Mit dieser Architektur kombinieren die Forscher drei wesentliche Vorteile eines Festkörper-Spin-Photonen-Systems: hervorragende Quantenkontrolle, ultralange Kohärenzzeit und starke Spin-Photonen-Kopplung.
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