Forschung

Eine der herausragenden wissenschaftlichen Herausforderungen dieses Jahrzehnts ist das Design einer Architektur und die Entwicklung von Methoden, die in der Praxis nützliche Quantencomputer ermöglichen. Die Aufgabe ist, einen Weg zu finden eine große Anzahl an Quanten auf eine kohärente und steuerbare Art und Weise zu stabilisieren. Unser Institut arbeitet an der Entwicklung von supraleitenden Schaltkreisen, organisiert in drei Forschungsrichtungen.

Quantenbauelemente

Kohärenz und Kontrollierbarkeit von Quantenschaltkreisen in einer skalierbaren Architektur miteinander zu verbinden ist eine offene Forschungsaufgabe. Wir stellen planare supraleitende Qubits mit etablierten Methoden und Materialien her, forschen aber auch an unkonventionellen Ansätzen. Hierbei liegt unser Fokus beim Qubit-Design, der Schaltungsarchitektur und den Materialien. Wir zielen darauf ab die Mechanismen, die den kohärenten Betrieb unserer Systeme begrenzen, zu untersuchen und zu reduzieren. Die Herstellung eigener Chips gibt uns auch die Gelegenheit problemspezifische Wechselwirkungen in die Hardware zu integrieren.

Quantenalgorithmen

Das Ausführen von Quantenalgorithmen bedeutet kohärente Manipulation des Zustands von vielen Quantenbits, durch akkurate Übermittlung von Strom- und Spannungspulsen an den Quantenschaltkreis. Eine Schlüsselrolle spielt hierbei die Nutzung der nativen Wechselwirkungen innerhalb des Schaltkreises für logische Operationen, die die Bausteine von größeren Algorithmen bilden. Ein weiterer wichtiger Teil ist die Performanceanalyse mit gut getesteten Werkzeugen, die sowohl an kleinen als auch großen Systemen angewendet werden können. Die Entwicklung solcher Validierungswerkzeuge ist eng mit Entwicklung von Algorithmen verbunden, weil physikalische Probleme als Inspiration dienen können.

Systementwicklung

Wir arbeiten mit supraleitenden Qubits, die auf eine Temperatur von lediglich 10 Millikelvin über dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden. Hier kann die Umgebung leicht von extrinsischen und unvorhergesehnen intrinsischen Mechanismen bestimmt werden, wie heißen Elektronen, Wärmestrahlung, magnetischen Streufelder und anderen Rauschquellen. Außerdem müssen hochfrequente Mikrowellen- und niederfrequente magnetische Flusssignale von außen zugeführt werden. Eine der größten Herausforderungen in unserem Forschungsgebiet ist der Bau eines skalierbaren Quantensystems, das Steuerkanäle und Prozessorumgebung bestmöglich verbindet um einen hochkohärenten Prozessor zu erhalten.