Panorama

Rechnen mit Licht

13.10.2022 - Start-up QuiX Quantum soll innerhalb von vier Jahren prototypische photonische Quantencomputer entwickeln.

Photonen zu Rechen­bausteinen zu machen, gilt als vielver­sprechende Möglichkeit, um einen Quantencomputer zu bauen. Allerdings sind Quanten­prozessoren, die auf Licht­teilchen basieren, im Vergleich zu anderen Plattformen noch weniger weit fortge­schritten. Um die Forschung voran­zu­treiben und das Potenzial von photonischen Systemen zu entwickeln, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt jetzt einen Auftrag über 14 Millionen Euro vergeben: Das Start-up QuiX Quantum soll damit innerhalb von vier Jahren proto­typische photonische Quanten­computer entwickeln.

„Wir verfolgen unterschied­liche techno­logische Ansätze, um diese zu evaluieren und für Anwendungen einsetzen zu können. Nur so lassen sich die Vor- und Nachteile verschiedener Architek­turen für Quanten­computer erforschen. Die starke wissen­schaftliche Basis für Quanten­techno­logien wird dabei in der Wirtschaft sowie in der Forschung verstärkt. Dabei werden Start-ups gezielt gefördert und deren Ansiedlung unterstützt“, sagt Anke Kaysser-Pyzalla, Vorstands­vorsitzende des DLR.

Qubits auf Basis von Photonen haben den Vorteil, dass sie über schon erprobte optische Methoden manipuliert werden können. Außerdem gelten die Qubits als gut skalierbar. Das heißt, ihre Anzahl und damit die Rechen­leistung können signifikant erhöht werden. Die Licht­teilchen für die photonischen Plattformen stammen zum Beispiel aus einem Laser. Photonen sind vergleichs­weise schwer zu fassen und wechsel­wirken nicht direkt miteinander – darin besteht auch die größte Heraus­forderung bei den photonischen Systemen. Denn ohne die Wechsel­wirkung beziehungs­weise Verschränkung können Quanten­computer nicht arbeiten.

Das erfordert neue, innovative Konzepte für die Realisierung von Quanten­gattern. Der photonische Quanten­computer in diesem Projekt funktioniert auf eine andere Weise als die meisten Quanten­computer, beispiels­weise auf der Basis von Ionen oder NV-Zentren: Anstatt Quanten­gatter im Sinne eines Schalt­kreises hinter­ein­ander auszuführen, wird die Rechnung in einer Reihe von Messungen implementiert. Das Verfahren heißt Measurement Based Quanten­computing.

Nach drei Jahren soll ein Quanten­prozessor mit acht Qubits bereit­stehen, das Ziel zum Projektende ist ein System mit mindestens 64 Qubits. Der photonische Quanten­computer von QuiX Quantum verarbeitet Informationen in einem verschränkten Quanten­zustand, der aus vielen Photonen gebildet wird. „Die Verschränkung der Photonen geschieht in den Wellen­leitern unserer Prozessoren. Die Wellenleiter führen das Licht durch den Prozessor analog zu den elektrischen Leiter­bahnen in einem konven­tio­nellen Prozessor. Mit aktiven Ansteuerungs­elementen können wir Photonen inter­ferieren lassen oder gezielt deren Phase verändern. Mit Hilfe von Einzel­photonen­detektoren können an dem erzeugten Quanten­zustand adaptive Messungen vorgenommen werden. Auf diese Weise werden Qubits kodiert, verarbeitet und gemessen“, erklärt Stefan Hengesbach von QuiX Quantum.

QuiX Quantum hat bereits einen photonischen Prozessor in Form eines reprogram­mier­baren Inter­fero­meters entwickelt. QuiX Quantum stellt dem DLR im Rahmen des Auftrags Mitte kommenden Jahres einen Prototypen dieses Prozessors mit zwölf Eingangs­kanälen zur Verfügung. Damit können erste Erfahrungen für die Nutzung eines photonischen Quanten­computers gesammelt werden. Mit der geplanten photonischen Plattform werden universelle Rechen­opera­tionen möglich sein. Dieser proto­typische Quanten­computer ist somit nicht auf die Lösung bestimmter Frage­stel­lungen fest­gelegt. Die DLR-Institute werden in Zusammen­arbeit mit dem Start-up Anwendungen auf diesem System entwickeln.

DLR / RK

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