Quantencomputer und die Prozessoren, die sie antreiben, versprechen, Probleme effizient zu lösen, die heutige Computer nicht können. Wenn sie in einem weit verbreiteten und wirtschaftlich tragfähigen Maßstab realisiert werden sollen, können sie die Branche drastisch von der Automobilindustrie zur Finanzbranche verändern.
Obwohl einige vielversprechende Fortschritte in dieser Technologie bereits erzielt wurden, sind voll funktionsfähige Quantencomputer noch weit entfernt – wesentliche Verbesserungen sowohl an der Hardware als auch an der Software sind noch erforderlich.
Die grundlegenden Komponenten, die zum Ausführen eines Quantencomputers benötigt werden. Bild mit freundlicher Genehmigung von Die Nationalen Akademien der Wissenschaften Ingenieurmedizin
Um die Realisierung von Quantencomputern zu beschleunigen, hat die Infineon Technologies AG – bekannt für ihre Mikrocontroller, Sensoren und Leistungshalbleiter für Antriebsstränge und Sicherheitssysteme – kündigte die Teilnahme an einem Forschungsprojekt zum Bau von Quantenprozessoren aus supraleitenden Qubits an
Ein Quantum Qubit Prozessor
Um dieses Ziel in den nächsten vier Jahren zu erreichen, hat das Projekt – bekannt als deutsches Quantencomputer-basiertes GeQCoS-Projekt (Superconducting Qubits) – von der Bundesregierung 14,5 Millionen Euro erhalten. Damit wird das Projekt einen Prototyp eines Quantenprozessors entwickeln, der aus einem Paar supraleitender Qubits mit „grundlegend verbesserten Komponenten“ bestehen wird.
Eine visuelle Darstellung eines Quantenprozessors basierend auf supraleitenden Qubits. Bild mit freundlicher Genehmigung von Chris Hohmann und der Fraunhofer IAF
Das Herzstück dieser Technologie sind die Grundbausteine eines Quantencomputers, die Quantenbits („Qubits“), die mittels Strömen implementiert werden, die in supraleitenden Schaltkreisen ohne Widerstand fließen. Diese Ströme sind beständig gegen äußere Störungen und können ihre Quanteneigenschaften für lange Zeit beibehalten. In Kombination mit zuverlässigen und skalierbaren Herstellungsmethoden hat dies zu einer führenden Quantentechnologie geführt, mit der bereits die weltweit ersten Quantenprozessoren gebaut wurden.
Das GeQCoS-Projekt plant, auf dieser Entwicklung aufzubauen, indem die Qubit-Konnektivität verbessert wird– das heißt, die Anzahl der Verbindungen zwischen einzelnen Qubits. Es ist auch beabsichtigt, die Qualität der Qubits zu verbessern, um die Fähigkeit des Prozessors zu verbessern, schnell gewünschte Quantenzustände zu erzeugen.
Eine Prozessorebene, die für Quantenanwendungen geeignet ist
Die Forscher geben an, dass sie dem Zusammenspiel von Hardware und Software besondere Aufmerksamkeit schenken, und ein Bereich der Quantencomputerhardware, der besonders herausfordernd ist, ist Aufbau einer robusten Prozessorebene, um der Komplexität von Quantenalgorithmen gerecht zu werden
Ein vielversprechender Ansatz teilt die Ebene in zwei Teile: 1) einen klassischen Prozessor, der das Quantenprogramm „ausführt“, und 2) einen skalierbaren benutzerdefinierten Hardwareblock, der mit der Steuerungs- und Messebene verbunden ist. Dieser zweite Hardwareblock würde die vom Hauptcontroller ausgeführten Befehle höherer Ebene mit den Syndrommessungen kombinieren, um die nächste Operation zu berechnen, die an den Qubits ausgeführt werden soll.
Die größte Herausforderung besteht darin, skalierbare Hardware zu erstellen, die schnell genug ist.
Infineons Beitrag
Wissenschaftler des Walther-Meißner-Instituts (WMI), des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), des Forschungszentrums Jülich (FZJ) und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik (IAF). Infineon ist der letzte Spieler, dem er beitritt.
In der Pressemitteilung des Unternehmens wird zwar nicht detailliert auf den genauen Beitrag eingegangen, sie unterstreicht jedoch das Know-how von Infineon als Halbleiterhersteller und seine Kompetenz in Scale-up- und Herstellungsprozessen.
Was wir wissen ist, dass Infineon in der Vergangenheit mit Physikern an der Universität Innsbruck zusammengearbeitet hat, um einen Ionenfallen-Quantenprozessor zu entwickeln. Es wird angenommen, dass das Unternehmen mit anderen Partnern zusammenarbeitet, um diese Quantentechnologie zu implementieren.
„Quantum Computing hat den Punkt erreicht, an dem wir Wissenschaft jetzt in praktische Anwendungen umsetzen müssen“, sagte Sebastian Luber, Senior Director für Technologie und Innovation bei Infineon.
Luber räumt ferner ein, dass Quantenprozessoren einige Verbesserungen auf Chipebene für eine skalierbare Fertigung benötigen – auch im industriellen Maßstab. „Der Trick besteht darin, weiterzukommen, auch wenn noch nicht klar ist, welche Technologie am besten geeignet ist“, fügte er hinzu.
