Technologie

Anwendungsorientierte Quantencomputer-Demonstratoren

13.12.2021 - Quantencomputer-Entwickler machen im Projekt ATIQ gemeinsame Sache.

Quantencomputer versprechen ungekannte Rechenpower für Anwendungen, an denen auf Nullen und Einsen beruhende Rechner prinzipiell scheitern. Im Projekt „Quanten­computer mit gespeicherten Ionen für Anwendungen“ ATIQ entwickeln 25 Partner aus Forschungs­einrichtungen gemeinsam mit Partnern aus der Industrie jetzt Quantencomputer-Demonstratoren, die gemeinsam mit Anwendern realisiert werden sollen. Die Quantencomputer-Demonstratoren sollen Nutzern im 24/7 Betrieb zugänglich gemacht werden. Das Bundes­forschungs­ministerium fördert das Projekt mit insgesamt 37,4 Millionen Euro.

Ziel von ATIQ ist es, innerhalb von dreißig Monaten eine erste Generation von zuverlässigen, anwender­freundlichen und rund um die Uhr verfügbaren Quantencomputer-Demonstratoren auf Basis der Ionenfallen-Technologie zu entwickeln. „Wir wollen gemeinsam den nächsten großen Schritt machen. ATIQ soll der Kristal­lisations­punkt für ein deutsches Ökosystem der Ionenfallen-Quanten­technologie sein, das Technologie­partner, Wissenschaft und Anwender zusammenbringt und zu relevanten kommerziellen Verwertungen führt“, fasst Projekt­koordinator Christian Ospelkaus von der Uni Hannover und der Physikalisch-Technischen Bundes­anstalt Braunschweig die Motivation zusammen.

„Ionen sind ideale Qubits. Sie werden uns von der Natur selbst bereit­gestellt, sind immer identisch, ihre Eigenschaften sind zudem mit höchster Genauigkeit bekannt. Wir werden im Rahmen von ATIQ neue Methoden erforschen, diese perfekten Qubits auch in großen Quanten­registern zu kontrol­lieren“, erklärt Christof Wunderlich von der Uni Siegen. „Gerade, wenn man einen klassischen Hoch­leistungs­rechner mit solch einem Quanten-Koprozessor verbindet, ist dieses Gespann unschlagbar bei neuen Rechen­­aufgaben“, ergänzt Ferdinand Schmidt-Kaler von der Uni. Mainz.

Die Kombination von klassischem Hochleistungs­rechner und Quantencomputer eröffnet vollkommen neue Möglich­keiten. Es besteht daher dringender Bedarf für Deutschland, robuste und skalierbare Quanten­hardware zur Verfügung zu stellen. Das ATIQ-Konsortium zielt auf optimierte Hardware für Anwendungen in der Chemie. Neuartige chemische Substanzen und die Reaktionen zu deren Herstellung könnten dann auf Quantencomputern simuliert werden. Ein anderer Anwendungsfall liegt im Finanzwesen, wo völlig neue Wege in der Kredit­risiko­bewertung beschritten werden.

Der Kern des Quantenprozessors in ATIQ basiert auf der Ionenfallen-Technologie, die weltweit als eine der vielver­sprechendsten Wege zum Quantencomputer angesehen wird. Allerdings sind derzeitige Systeme komplexe Labormaschinen, kontinuierlich gewartet und kalibriert durch hoch­quali­fi­ziertes Personal. ATIQ adressiert die technischen Heraus­forderungen, um einem Dauerbetrieb zu bewerk­stelligen mit zuverlässigen Rechen­operationen hoher Qualität. Die ATIQ-Partner optimieren in Zusammen­arbeit mit Technologie- und Industrie­partnern dazu die Ansteuerung der Prozessoren mit elektronischen und optischen Signalen, sodass auch externe Nutzer Rechen­algorithmen selbst­ständig ausführen können. Außerdem verspricht eine solche Optimierung auch die Hoch­skalierung der Quanten­demonstratoren von zunächst zehn auf schließlich mehr als hundert Qubits.

LU Hannover / RK

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