Physik Nanochip mit Quantenvorteil
Diese Technik ist potenziell leistungsstärker als der schnellste Supercomputer der Welt.
Ein dänisch-deutsches Forschungsteam hat einen winzigen Chip entwickelt, der auf Quantentechnologie basiert und – wenn er in größerem Maßstab realisiert würde – die Rechenleistung eines klassisch arbeitenden Supercomputers übertreffen könnte. Die Forscherinnen und Forscher zeigten, dass ihr Nanochip diesen sogenannten Quantenvorteil prinzipiell erreichen kann. In dem Chip werden Lichtteilchen, auch Photonen genannt, erzeugt, die als fliegende Quanteninformationseinheiten genutzt werden können. Das Team der Universität Kopenhagen und der RUB berichtet über die Entwicklung in der Zeitschrift Science Advances, online veröffentlicht am 9. Dezember 2020.
Quantenvorteil durch Überlagerung von Zuständen
Quantencomputer könnten einige Rechenaufgaben bedeutend schneller lösen als klassische Computer, da sie Informationen in hohem Maße parallel verarbeiten könnten. Während ein klassischer Computer mit Bits arbeitet, die entweder den Zustand Null oder Eins besitzen, würden Quantencomputer auf Qubits basieren, die viele verschiedene Zustände gleichzeitig annehmen können. Forschungsgruppen und IT-Unternehmen weltweit arbeiten mit Hochdruck an der Entwicklung einer Technik, die den sogenannten Quantenvorteil Realität werden lässt: ein Zustand, in dem eine Quantentechnologie eine bestimmte Rechenaufgabe schneller lösen kann als die leistungsstärksten Supercomputer der Welt.
Praxistest braucht großes finanzielles Investment
Das Team um Prof. Dr. Peter Lohdahl vom Kopenhagener Center for Hybrid Quantum Networks stellte zusammen mit der Bochumer Gruppe um Dr. Arne Ludwig und Prof. Dr. Andreas Wieck vom Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik nun einen Chip vor, der den Quantenvorteil erreichen könnte. Photonen bilden bei dieser Technik die Informationseinheiten, also die Qubits. Noch hat der neu entwickelte Chip den Praxistest nicht durchlaufen, die Physiker haben damit also noch keine Rechenaufgabe schneller gelöst als ein Supercomputer. Ein solches Experiment durchzuführen würde die finanziellen Ressourcen einer Universität weit übersteigen.
Um den Quantenvorteil zu erreichen, müssten die Forschenden in der Lage sein, ungefähr 50 ihrer in dem Chip erzeugten Qubits zu kontrollieren. Diese Marke stammt aus Experimenten der Firma Google, die ihren Quantencomputer, der auf einer anderen Technik basiert, den Praxistest machen ließ.
In der vorliegenden Arbeit zeigte das dänisch-deutsche Team mit theoretischen Methoden, dass es möglich wäre, 50 Qubits mit dem neuen Verfahren zu kontrollieren. Nun suchen sie nach Partnern aus der Industrie, die den Chip für die praktische Anwendung hochskalieren könnten.
