Die bisher entwickelten Quantencomputer waren die Geräte, die ganze Labors antreiben. Jetzt haben Physiker der Universität Innsbruck einen Prototypen eines Ionenfallen-Quantencomputers gebaut, der in Rechenzentren eingesetzt werden kann.
Es passt in zwei 19-Zoll-Server-Racks, ähnlich denen, die in Rechenzentren auf der ganzen Welt verwendet werden. Das kompakte Stand-Alone-Gerät zeigt, wie schnell diese Technologie erschwinglicher wird.
An der Universität Innsbruck wurden in den letzten drei Jahrzehnten die Grundlagen für den Bau von Quantencomputern gelegt. Im Rahmen des EU-Flaggschiffprojekts Quantum Technologies haben Forscher des Instituts für Experimentalphysik in Innsbruck ein Demonstrationsmodell eines kompakten Quantencomputers mit Ionenfalle erstellt.
„Unsere Quantencomputing-Experimente belegen typischerweise Labors von 30 bis 50 Quadratmetern“, sagt Thomas Monz von der Universität Innsbruck.
„Unser Ziel war es, die hier in Innsbruck entwickelten Technologien auf kleinstem Raum unter Einhaltung der industrieüblichen Standards zu platzieren.“ Das neue Gerät soll zeigen, dass Quantencomputer schon bald in Rechenzentren eingesetzt werden können.
„Wir konnten zeigen, dass Kompaktheit nicht auf Kosten der Funktionalität gehen muss“, ergänzt Christian Marchignak vom Innsbrucker Team.
Die einzelnen Bausteine des weltweit ersten kompakten Quantencomputers mussten stark verkleinert werden. Beispielsweise nimmt der zentrale Teil eines Quantencomputers, eine in einer Vakuumkammer installierte Ionenfalle, nur einen Bruchteil des bisher benötigten Platzes ein.
Es wurde Forschern von Alpine Quantum Technologies (AQT), einer Tochtergesellschaft der Universität Innsbruck und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, zur Verfügung gestellt, die einen kommerziellen Quantencomputer entwickeln wollen. Weitere Komponenten lieferte das Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik. Fraunhofer in Jena und TOPTICA Photonics aus München.
Bis zu 50 Quantenbits:
Der kompakte Quantencomputer kann autonom arbeiten und wird demnächst online programmiert. Eine besondere Herausforderung bestand darin, die Stabilität des Quantencomputers sicherzustellen.
Quantencomputer sind sehr empfindlich und werden im Labor durch durchdachte Maßnahmen vor äußeren Einflüssen geschützt. Überraschenderweise ist es dem Innsbrucker Team gelungen, diesen Qualitätsanspruch auf das kompakte Gerät zu übertragen und so einen sicheren und störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.
Ein entscheidender Faktor für den industriellen Einsatz eines Quantencomputers ist neben der Stabilität die Anzahl der verfügbaren Quantenbits. So hat sich die Bundesregierung in ihrer jüngsten Förderkampagne zum Ziel gesetzt, zunächst Demonstrations-Quantencomputer mit 24 voll funktionsfähigen Qubits zu entwickeln.
Dieses Ziel haben Physiker in Innsbruck bereits erreicht. Bis zu 24 Ionen konnten sie mit dem neuen Gerät individuell kontrollieren und erfolgreich verschränken.
„Bis nächstes Jahr wollen wir ein Gerät mit 50 einzeln ansteuerbaren Quantenbits bereitstellen können“, blickt Thomas Monz bereits in die Zukunft.
2021-06-19 12:07:46
Autor: Vitalii Babkin