9. April 2020

Supraleitende Quantenschaltungen – ein neuer Weg zu großen Quantencomputern

Forschungsförderung aus dem Future and Emerging Technology (FET) Programm für den IST Austria Quantenphysiker Johannes Fink

Professor Johannes Fink, IST Austria. © IST Austria / Anna Stöcher
Professor Johannes Fink, IST Austria. © IST Austria / Anna Stöcher

Bereits zum dritten Mal erhält Professor Johannes Fink, Quantenphysiker des Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) eine Förderung aus dem Future and Emerging Technologies (FET) Programm innerhalb des EU-Horizon-2020 Budgets für das Projekt “SuperQuLAN”. Das FET-Programm unterstützt bahnbrechende Forschungsprojekte, die vielversprechende Technologien wie den Quantencomputer entwickeln. Professor Fink wird – zusammen mit einem internationalen Konsortium führender wissenschaftlicher Expert_Innen und einem Industriepartner unter der Leitung von Professor Peter Rabl von der TU Wien – supraleitende Quantenschaltkreise in der Herstellung großer Prozessoren und Netzwerke für Quantencomputer untersuchen.

Heutige chipbasierte Quantencomputer müssen in kleinen, engen, hoch isolierten und gekühlten Kammern arbeiten, damit ihre Qubits (das Quantenäquivalent eines Transistors) zuverlässig rechnen können. Derzeit können diese Quantencomputer allerdings nicht miteinander verbunden werden. Für großangelegte Quantenanwendungen wären diese Netzwerke jedoch essenziell. Daher sucht IST Austria-Professor Johannes Fink zusammen mit einem internationalen Konsortium führender Wissenschafter_Innen und Industriepartner Wege, wie dieses Problem mittels Quantenschaltungen überwunden werden können. In Zukunft könnten mehrere Quantenprozessoren miteinander verbunden werden, um Quantendatenzentren und -netzwerke, sogenannte QuLANs (Quantum Local Area Networks), zu etablieren. Dies ist bereits die dritte FET Förderung, die Fink für seine laufenden Forschungen an quantenintegrierten Geräten erhält.

„Derzeit werden supraleitende Qubits in besonderen Kühlgeräten, sog. Mischungskryostaten, betrieben, die den Schaltungen eine kalte und rauschfreie Umgebung bieten. Die Größe von Quantenprozessoren wird durch diesen Zustand allerdings gravierend eingeschränkt. Das ist ein Problem, da erst größere Prozessoren Fehlerkorrekturverfahren und sichere und verteilte Quantennetzwerke ermöglichen. Unser Projekt will diese Beschränkung aufheben, indem wir mehrere Kühlgeräte miteinander verbinden, um lokale Netzwerke (LANs) zu schaffen – ein Ziel, das über kryogene Übertragungsleitungen oder Glasfaser bei Raumtemperatur erreicht werden könnte”, sagt Professor Fink. „Unser modularer Ansatz, der auf der Verbindung mehrerer Quantenprozessoren basiert, hat viele praktische Vorteile und könnte dazu beitragen, Quantencomputing erheblich voranzubringen.“

Das Projekt des Konsortiums mit dem Titel „SuperQuLAN“ wird von Professor Peter Rabl von der Technischen Universität Wien (TU Wien) koordiniert. Es bringt führende Expert_Innen des Spanischen Nationalen Forschungsrats (CSIC), der ETH Zürich, des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik und des IST Austria zusammen und findet in enger Zusammenarbeit mit dem Industriepartner Zurich Instruments statt. Das Projekt hat ein funktionierendes QuLAN durch zwei Ansätze zum Ziel: eine kryogene Übertragungsleitung zwischen Quantencomputern und die Umwandlung der Quanteninformation in ein optisches Signal über eine spezialisierte Schnittstelle, die Fink als „das Quantenäquivalent einer Ethernetkarte oder eines quantenoptischen Modems” beschreibt.

Professor Fink fügt hinzu: „Die Suche nach neuen Wegen, Quantenschaltungen miteinander zu verbinden, bringt uns einen Schritt näher zu großen Quantengeräten, die eine perfekt geschützte Privatsphäre in der Kommunikation, Quanten-Cloud-Computing und beispiellose Sensorfähigkeiten eröffnen könnten. Diese Techniken haben wiederum das Potenzial, neue wissenschaftliche Durchbrüche und Fortschritte voranzutreiben.“

Link zur SuperQuLAN Website

https://www.superqulan.eu

Über das FET-Förderprogramm (Future and Emerging Technology)

Als Teil des europäischen Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 ermöglicht das Future and Emerging Technology (FET) Programm, die Durchführung visionärer Projekte, die das Potenzial haben, durch fortschrittliche und multidisziplinäre Zusammenarbeit neue Technologien zu initiieren. Das Programm fördert exzellente wissenschaftliche Grundlagenforschung und erleichtert internationale Kooperationen, um die Lösung ehrgeiziger wissenschaftlicher und technologischer Fragestellungen zu unterstützen, die von der Quantensimulation bis zur Bioelektronik reichen.

Über die Fink-Gruppe am IST Austria

Professor Johannes Fink leitet am IST Austria eine Forschungsgruppe an der Schnittstelle zwischen Quantenoptik und mesoskopischer Festkörperphysik. Das Team untersucht Quantenphysik in elektrischen, mechanischen und optischen chip-basierten Bauteilen mit dem Ziel, die Quantentechnologie für Simulation, Kommunikation, Metrologie und Sensorik weiterzuentwickeln und zu integrieren. Weitere Informationen über die Gruppe finden Sie hier.

Die Rolle der Gruppe innerhalb des „SuperQuLAN“ Projekts besteht darin, eine elektro-optische Schnittstelle mit hoher Bandbreite zu entwickeln, die in der Lage ist, die in einem supraleitenden Quantencomputer gespeicherte Quanteninformation in Nahinfrarot-Lichtfeldern kodierte Information zu übersetzen und  daher für bereits bestehende Glasfasernetzwerke geeignet ist.



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