Photonischer Quantencomputer made in Germany

Mit Hilfe hoher Vernetzung möglichst vieler Qubits sollen künftig massive Daten­mengen leichter, schneller und sicherer verarbeitet werden. Im Rahmen des Projekts PhoQuant forscht jetzt ein Konsortium unter der Führung des Start-ups Q.ANT an photonischen Quanten­computer-Chips, die auch bei Raum­temperatur betrieben werden können.

Noch arbeiten viele Quanten­computer bei extrem tiefen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. Dem­entsprechend hoch ist der Kühl­aufwand und eine direkte On-Chip-Kopplung mit klassischen Rechner­archi­tek­turen ist nicht möglich. Um eine Symbiose aus Quanten­computer-Chips und herkömm­lichen Großrechnern zu gewähr­leisten, wird in dem Forschungs­vorhaben PhoQuant das neue Photonik-Chip-Verfahren angewandt. Das Projekt wird mit etwa fünfzig Millionen Euro finanziert. Davon kommen etwa 42 Millionen Euro vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung, während die Konsortial­partner etwa acht Millionen Euro beisteuern. Mit den Förder­mitteln soll eine Demon­stra­tions- und Testanlage für photonische Quanten­computer-Chips und andere Quanten­computer-Kompo­nenten aufgebaut werden.

Dabei entwickelt das Konsortium Algorithmen und Technologien für das photonische Quanten­computing und bereitet den industriellen Einsatz vor. Die für die Rechen­operationen benötigten Funktionen können auf einem einzigen Chip mittels ausgereifter Halbleiter-Fertigungs­verfahren hergestellt werden. Durch das Aufbringen hoch­spezieller Lichtkanäle auf Silizium-Wafer lassen sich in diesen „photonic integrated circuits“ Quanten­zustände auch bei Raum­temperatur nahezu verlust­frei manipu­lieren, steuern und kontrol­lieren. Somit ermöglicht dies zukünftig den Einsatz der Chips auch zur Ergänzung von herkömm­lichen Groß­rechnern.

In den fünf Jahren Projektlaufzeit soll das Ziel erreicht werden, einen Vorteil für die Berechnung von industrie­relevanten Anwendungen bereit­zu­stellen. Ein erstes Beispiel ist die Echtzeit­optimierung von Ablauf­plänen an Flughäfen bei unvorher­gesehener Verspätung. Hierfür entwickelt das Konsortium eine neue photonische Rechner­architektur, welche im Laufe des Projekts einen Quanten­computer mit bis zu hundert Qubits ermöglicht. Zugeschnitten auf diese neue Architektur werden im Laufe des Projekts sowohl optimierte Algorithmen für spezielle Problem­stellungen als auch Algorithmen für das universelle Quanten­computing entwickelt und per Cloud-Anbindung für die Öffent­lich­keit bereit­gestellt.

In zweieinhalb Jahren wollen die Projekt­partner einen ersten Prototyp vorlegen, in spätestens fünf Jahren soll ein Quanten­computer­chip entstehen, der groß­flächige Berechnungen durch­führen kann. Aktuell sehen Experten den Einsatz von Computern mit Quantenchips in Branchen wie der chemischen Industrie, der Biomedizin und den Material­wissen­schaften.

Fh.-IPMS / RK

Weitere Infos

• PhoQuant – Photonischer Quantencomputer, Fraunhofer-Institut für photonische Mikrosysteme, Dresden