Rechnen mit Licht
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
Weitere Infos
- Quix Quantum, Enschede, Niederlande
- Quantencomputing-Initiative, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V., Köln
