Logo PTB
Symbolbild "Zeitschriften"

Ein Quantencomputer aus Niedersachsen

Forschungsbündnis wird mit 25 Mio. Euro gefördert

PTB News 2.2021
26.03.2021
Besonders interessant für

IT (Kryptografie, Künstliche Intelligenz)

Molekularbiologie

Materialwissenschaften

Finanzwissenschaften

Das neue Forschungsbündnis „Quantum Valley Lower Saxony“ hat sich zum Ziel gesetzt, innerhalb von fünf Jahren einen Quantencomputer zu entwickeln. Das Bündnis, das die exzellenten Forschungsprojekte und Forschungskompetenzen an den niedersächsischen Standorten bündelt, wird mit insgesamt 25 Mio. Euro vom Land Niedersachsen und der Volkswagen- Stiftung unterstützt. Ziel der Initiative ist es, die Potenziale der Partner für einen Entwicklungssprung hin zu einem Quantencomputer auf Basis der Ionenfallentechnologie zu nutzen.

Das Herzstück eines Quantencomputers ist das Qubit, das sich in einem Überlagerungszustand von Null und Eins befinden kann – symbolisiert durch die in der Physik berühmte Schrödinger-Katze.(Bild: Adobe Stock / Mopic)

Die große Attraktivität eines Computers, der mit den Gesetzen und Prinzipien der Quantenmechanik arbeitet, erkennen nicht nur Physiker, sondern zahlreiche Anwender aus den unterschiedlichsten Technologiefeldern – von der Kryptografie, der Molekularbiologie und den Materialwissenschaften bis hin etwa zu den Finanzmärkten oder den zahlreichen Einsatzfeldern Künstlicher Intelligenz. Von Quantencomputern wird erwartet, dass sie klassischen, digitalen Computern bei speziellen Problemstellungen weit überlegen sind, weil sie nicht mehr mit klassischen Bits, also strengen Null-Eins-Werten arbeiten, sondern vielmehr mit Quantenbits (Qubits), die sich in einem Überlagerungszustand von Null und Eins befinden können. Wird schon eine relativ kleine Zahl solcher Qubits miteinander verschaltet, dann wächst die Rechenleistung exponentiell.

Die grundsätzliche Herausforderung liegt darin, diese Qubits zu realisieren. Im „Quantum Valley Lower Saxony“ werden hierzu einzelne, gespeicherte Ionen die technologische Basis bilden. Sie werden mithilfe elektrischer Felder eingefangen und durch Radiowellen sowie Laserstrahlen kontrolliert. Die PTB beherrscht diese Ionenfallen-Technologie [1] und setzt eine Variante davon auch erfolgreich in optischen Atomuhren ein. Ionenfallen gelten dabei zugleich als einer der vielversprechendsten Ansätze zur Realisierung eines Quantencomputers mit signifikanter Rechenleistung [2].

An diesem Projekt des Quantencomputers arbeitet die PTB gemeinsam mit der Technischen Universität Braunschweig und der Leibniz Universität Hannover. Die Technologie der Ionenfallen ist dabei das Spezialgebiet der PTB. Von der TU Braunschweig werden die Arbeiten zur chipintegrierten Elektronik beigesteuert. Die Leibniz Universität Hannover trägt vor allem mit Expertise beim Betrieb des Quantencomputers und mit ihren Theoriegruppen zu den eingesetzten Algorithmen und zur Softwareoptimierung bei.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Piet Schmidt
Institute for Experimental Quantum Metrology (QUEST)
Sprecher des „Quantum Valley Lower Saxony“
Telefon: (0531) 592-4700
Opens local program for sending emailpiet.schmidt(at)quantummetrology.de

Wissenschaftliche Veröffentlichungen

[1] H. Hahn, G. Zarantonello, A. Bautista-Salvador, M. Wahnschaffe, M. Kohnen, J. Schoebel, P. O. Schmidt, C. Ospelkaus: Multilayer ion trap with three-dimensional microwave circuitry for scalable quantum logic applications. Appl. Phys. B 125, 154 (2019).

[2] G. Zarantonello, H. Hahn, J. Morgner, M. Schulte, A. Bautista-Salvador, R. F. Werner, K. Hammerer, C. Ospelkaus: Robust and resource-efficient microwave near-field entangling 9Be+ gate. Phys. Rev. Lett. 123, 260503 (2019).