Im Rahmen des „Quantum Flagship“ der EU haben Forscher des Instituts für Experimentalphysik in Innsbruck einen Demonstrator für einen Ionenfallen-Quantencomputer gebaut. Bei ihm soll es sich um den bisher kompaktesten seiner Art handeln.
„Wir konnten zeigen, dass Kompaktheit nicht auf Kosten von Funktionsfähigkeit gehen muss“, sagt Christian Marciniak von der Universität Innsbruck. Der Mini-Quantencomputer soll veranschaulichen, wie die Technologie schon bald in Rechenzentren eingesetzt werden könnte.
Komponenten aus Deutschland verbaut
„Unsere Quantencomputer-Experimente füllen üblicherweise ein 30 bis 50 m2 großes Labor“, erzählt Thomas Monz, ebenfalls Mitglied des Innsbrucker Teams. „Uns ging es nun darum, die hier entwickelten Technologien auf kleinstmöglichem Raum unterzubringen und gleichzeitig die in der Industrie üblichen Normen und Standards zu erfüllen.“
Hierzu mussten die Bausteine des Quantencomputers erheblich verkleinert werden. So nimmt das Herzstück des Geräts – die in einer Vakuumkammer eingebaute Ionenfalle – nur einen Bruchteil des bisher notwendigen Platzes ein. Sie wurde von Forschern des Tiroler Spin-offs Alpine Quantum Technologies (AQT) zur Verfügung gestellt, einer Ausgründung der Universität Innsbruck und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Weitere Komponenten kamen vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena und dem Laserspezialisten Toptica Photonics in München.
Für industrielle Einsätze geeignet
Der neue Quantencomputer lässt sich autark betreiben und soll bald auch online programmierbar sein. Eine besondere Herausforderung war es dabei, seine Stabilität sicherzustellen. Quantenexperimente sind sehr empfindlich und werden im Labor mithilfe aufwendiger Maßnahmen vor äußeren Störungen geschützt. Den Innsbrucker Forschern ist es gelungen, diesen Qualitätsstandard auch auf das kompakte Gerät anzuwenden. Ein sicherer und unterbrechungsfreier Betrieb wird somit möglich.
Entscheidend für den industriellen Einsatz eines Quantencomputers ist neben der Stabilität aber auch die Anzahl der verfügbaren Quantenbits. So hat die deutsche Regierung in ihrer jüngsten Investitionsoffensive das Ziel formuliert, zunächst Demonstrations-Quantencomputer zu bauen, die über 24 voll funktionsfähige Quantenbits verfügen.
Dieses Ziel haben die Innsbrucker Physiker bereits erreicht: Mit dem Demonstrator konnten sie bis zu 24 Ionen individuell kontrollieren und erfolgreich miteinander verschränken. „Bis im kommenden Jahr wollen wir das Gerät mit bis zu 50 individuell ansteuerbaren Quantenbits ausstatten“, blickt Monz in die Zukunft.
