Das MIT ist der Schlüssel zu voll funktionsfähigen Quantencomputern. Und es verspricht viel

Das MIT ist der Schlüssel zu voll funktionsfähigen Quantencomputern. Und es verspricht viel
Das MIT ist der Schlüssel zu voll funktionsfähigen Quantencomputern. Und es verspricht viel
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  • Voll funktionsfähige Quantencomputer müssen mindestens Hunderttausende Qubits packen

  • Das MIT schlägt eine innovative Architektur vor, die die Skalierbarkeit von Qubits maximieren soll

Die aktuellen Prototypen von Quantencomputern sind sehr komplexe Maschinen. Während des Gesprächs, das ich im Juni 2021 mit ihm führte, erklärte mir der spanische Physiker Ignacio Cirac, dass er es für richtig halte, aktuelle Quantencomputer zu identifizieren als Prototypen um sie von den voll funktionsfähigen Maschinen zu unterscheiden, die hoffentlich in Zukunft auf den Markt kommen werden. Ignacio ist zusammen mit Peter Zoller der Gründervater der Quantencomputer.

Einer der Gründe, warum aktuelle Prototypen so komplex sind, liegt darin, dass es wichtig ist, das interne Energieniveau des Systems so niedrig wie möglich zu halten. Auf diese Weise fehlt den Elementarteilchen die Bewegung gemäß den Prinzipien der klassischen Mechanik. Selbst wenn wir den absoluten Nullpunkt erreichen, bleibt merkwürdigerweise immer noch eine Restenergie vorhanden, die in der Quantenmechanik als Nullpunktsenergie bekannt ist. Dies ist das niedrigste Energieniveau, das ein physikalisches System haben kann.

Die Arbeitstemperatur der Quantengeräte von Unternehmen wie Intel, Google oder IBM liegt bei etwa 20 Millikelvin, was etwa -273 Grad Celsius entspricht, was es uns ermöglicht, zu ahnen, dass das Kühlsystem eingerichtet werden muss, um diese Temperatur zu erreichen und aufrechtzuerhalten Eine extrem niedrige Temperatur ist komplex. Dies ist jedoch keineswegs die einzige Herausforderung, die die Einführung voll funktionsfähiger Quantencomputer mit sich bringt.

Die vom MIT vorgeschlagene Architektur für Quantencomputer katapultiert die Skalierbarkeit

Eine der größten Herausforderungen für Forscher auf dem Gebiet des Quantencomputings besteht darin, einen Weg zu finden, diese Maschinen in die Lage zu versetzen, ihre Fehler zu korrigieren. Die am meisten unterstützten Strategien zur Verwirklichung dieses Ziels erfordern die Herstellung stabilerer und qualitativ hochwertigerer Qubits und vor allem die Entwicklung von Quantensystemen, die in der Lage sind, viele Qubits zu agglutinieren und präzise zu steuern.

Diese Quantenhardwareplattform ist in der Lage, Tausende miteinander verbundener Qubits in einen integrierten Schaltkreis zu integrieren

Einige Wissenschaftler gehen davon aus, dass mehrere Hunderttausend Qubits benötigt werden, um die lang erwartete Fehlerkorrektur umzusetzen. Andere argumentieren jedoch, dass es notwendig sein wird, mehrere Millionen Qubits zu sammeln, um diesen Meilenstein zu erreichen. Wie dem auch sei, es ist offensichtlich, dass voll funktionsfähige Quantencomputer verfügbar sein werden, wenn eine Feinabstimmung möglich ist Quantensysteme, die aus vielen Qubits bestehen. Das Problem ist, dass es nicht einfach ist, so viele Qubits zu vernetzen und zu steuern.

In der Praxis können wir einen Quantencomputer als eine Maschine betrachten, die aus vielen miteinander verbundenen Funktionsblöcken mit jeweils einer eigenen Einheit, den sogenannten Qubits, besteht. Diese Architektur ist sehr komplex und gerade diese inhärente Komplexität macht die Skalierbarkeit sehr schwierig. Und wie wir gerade gesehen haben, ist es entscheidend, die Zahl der miteinander verbundenen Qubits so weit wie möglich zu erhöhen. Glücklicherweise schlagen eine Gruppe von Forschern des MIT (Massachusetts Institute of Technology) und der Firma MITRE eine sehr geniale Lösung für dieses Problem vor.

In dem wissenschaftlichen Artikel, den sie in Nature veröffentlicht haben, beschreiben sie eine modulare und skalierbare Quantenhardwareplattform, die in der Lage ist, Tausende miteinander verbundener Qubits zu integrieren, die in einem personalisierten integrierten Schaltkreis untergebracht sind. Es ist ein Quantensystem auf einem Chip vollwertig (auf Englisch ist es als QSoC oder bekannt). Quanten-Qystem-on-Chip). Der Hauptvorteil dieser Technologie besteht darin, dass sie es Forschern ermöglicht, eine große Anzahl von Qubits sehr präzise abzustimmen und zu steuern.

Dies ist jedoch noch nicht alles. Seine modulare Architektur sieht die Möglichkeit vor, mehrere QSoCs über Glasfasernetze zu verbinden, um groß angelegte Quantenkommunikationsnetze aufzubauen. Darüber hinaus haben diese Forscher mehrere Jahre in die Verfeinerung der QSoC-Herstellungstechniken investiert, um die technologische Grundlage zu nutzen, die die Produktion modernster Halbleiter von heute unterstützt. Dieses Projekt klingt wunderbar. Wer weiß, vielleicht werden in ein paar Jahren dank wissenschaftlicher Initiativen wie dieser Quantencomputer mit Millionen von Qubits machbar sein.

Bild | Sampson Wilcox und Linsen Li, RLE

Weitere Informationen | Natur

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