Projekt

QRydDemo

Quantencomputer mit Rydbergatomen

Motivation

Das Rennen um die Verwirklichung eines praxistauglichen Quantencomputers ist international in vollem Gange. Es ist noch nicht entschieden, welches physikalische Grundprinzip das geeignetste für einen Quantencomputer ist - speziell im Hinblick auf die erforderliche Skalierung des Computers weg vom reinen Funktionsdemonstrator hin zu einem praxistauglichen Gerät, das zur Lösung realer Problemstellungen eingesetzt werden kann. Letzteres ist gegenwärtig noch nicht möglich und bestimmt die Aktivitäten und Ziele der derzeitigen Forschungsaktivitäten zu Quantencomputern. Die nach aktuellem Wissenstand aussichtsreichsten physikalischen Systeme für den Bau eines Quantencomputers der nächsten Generation sind Supraleiter, Ionenfallen und Atomfallen (für neutrale Atome).

Ziele und Vorgehen

In den letzten Jahren haben aus Rydbergatomen bestehende Quantengatter im Hinblick auf die wichtigsten Funktionsparameter eines Quantencomputers erhebliche Fortschritte erzielt und Werte erreicht, die im Bereich derjenigen von Ionenfallen und Supraleitern liegen. Bei Rydbergatomen handelt es sich um hochangeregte Atome, bei denen sich das äußerste Elektron sehr weit entfernt vom Kern befindet. Entsprechend hat ein solches Atom einen Durchmesser, der etwa um einen Faktor 10.000 größer ist als der eines neutralen Atoms im Grundzustand. Es handelt sich dennoch nicht um ein Ion, da dieses äußere Elektron nicht frei, sondern noch immer gebunden ist, wenn auch sehr schwach. Es reagiert deswegen sehr empfindlich auf externe elektromagnetische Einflüsse und infolge dessen wechselwirken benachbarte Rydbergatome sehr stark und kontrolliert miteinander. Dies ermöglicht die Realisierung von bedingten quantenlogischen Gattern.

Innovation und Perspektiven

Im Vorhaben soll die Möglichkeit demonstriert werden, Rydbergatome in einer zweidimensionalen optischen Fallenstruktur zu gruppieren und mit diesen durch gezielte Verschränkung und Verschiebung der Atomfallen effizient quantenlogische Operationen durchzuführen. Dabei soll die Kohärenzzeit gegenüber dem Stand der Technik um drei Größenordnungen verbessert werden. Dies ermöglicht die Realisierung von Algorithmen mit dynamischer Konnektivität. Perspektivisch sollen die Grundlagen für eine Ausdehnung der Fallenstruktur auch in die dritte Raumdimension gelegt werden.

Projektsteckbrief
Projektdetails

Projektlaufzeit:
01.02.2021 - 31.01.2025

Projektvolumen:
10,2 Mio. € (zu 89,1 % durch das BMBF gefördert)

Projektkoordinator

Prof. Dr. Tilman Pfau
Universität Stuttgart
5. Physikalisches Institut
Pfaffenwaldring 57
70569 Stuttgart

E-Mail-Adresse: t.pfau (at) physik.uni-stuttgart.de