Innsbrucker Forscher schrumpfen Quantencomputer

In den vergangenen drei Jahrzehnten haben Forscher an der Universität Innsbruck die Grundlagen für den Bau von Quantencomputern geschaffen. Im Rahmen des EU-Flaggschiffs Quantentechnologien haben Forscher am Institut für Experimentalphysik in Innsbruck nun einen Demonstrator für einen kompakten Ionenfallen-Quantencomputer gebaut.

„Unsere Experimente zum Quantencomputing füllen normalerweise 30- bis 50-Quadratmeter-Labore“, erklärt  Dr. Thomas Monz von der Universität Innsbruck. „Wir wollten nun die hier in Innsbruck entwickelten Technologien auf kleinstem Raum unterbringen und gleichzeitig industrieübliche Standards erfüllen.“ Der Quantencomputer passt nun in handelsübliche 19-Zoll-Racks.

Das neue Gerät soll zeigen, dass Quantencomputer bald für den Einsatz in Rechenzentren bereit sein werden. „Wir konnten zeigen, dass Kompaktheit nicht auf Kosten der Funktionalität gehen muss“, ergänzt Dr. Christian Marciniak vom Innsbrucker Team.

Die einzelnen Bausteine des ersten kompakten Quantencomputers der Welt mussten deutlich verkleinert werden. So nimmt das Herzstück des Quantencomputers, die in einer Vakuumkammer installierte Ionenfalle, nur noch einen Bruchteil des bisher benötigten Platzes ein. Sie wurde den Forschern von Alpine Quantum Technologies (AQT) zur Verfügung gestellt, einem Spin-off der Universität Innsbruck und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, das den Bau eines kommerziellen Quantencomputers anstrebt.

Weitere Komponenten steuerten das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena und der Laserspezialist TOPTICA Photonics in München bei.

Der kompakte Quantencomputer kann autonom betrieben werden und soll bald auch online programmierbar sein. Eine besondere Herausforderung war es, die Stabilität des Quantencomputers zu gewährleisten. Quantengeräte sind sehr empfindlich und werden im Labor mit Hilfe aufwändiger Maßnahmen vor äußeren Störungen geschützt. Es gelang dem Innsbrucker Team, diesen Qualitätsstandard auch für das kompakte Gerät sicherzustellen und so einen sicheren und unterbrechungsfreien Betrieb zu gewährleisten.

Entscheidend für den industriellen Einsatz eines Quantencomputers ist neben der Stabilität auch die Anzahl der verfügbaren Quantenbits. So hat sich die österreichische Bundesregierung in ihrer jüngsten Förderkampagne zum Ziel gesetzt, zunächst Demonstrationsmodelle von Quantencomputer zu bauen, die über 24 voll funktionsfähige Qubits verfügen.

Dieses Ziel haben die Innsbrucker Quantenphysiker bereits erreicht. Sie konnten mit dem neuen Gerät bis zu 24 Ionen einzeln ansteuern und erfolgreich verschränken. „Bis zum nächsten Jahr wollen wir ein Gerät mit bis zu 50 einzeln steuerbaren Quantenbits zur Verfügung stellen“, blickt Dr. Thomas Monz bereits in die Zukunft.

Finanziell unterstützt wird das Projekt unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF, der Forschungsförderungsgesellschaft FFG, der Europäischen Union und der Industriellenvereinigung Tirol.