Projekt

QUASAR

Halbleiter-Quantenprozessor mit shuttlingbasierter skalierbarer Architektur

Motivation

Heutige Computer behandeln Informationen gemäß den Gesetzen der klassischen Physik: Register und Speicherinhalte haben zu jedem Zeitpunkt einen einzigen Wert.

In einem Quantencomputer wird die Information selbst quantenmechanisch behandelt: Register und Speicherinhalte können mehrere Werte gleichzeitig in Überlagerung enthalten, wodurch eine drastische Leistungssteigerung zu erwarten ist. Das Qubit ist das quantenmechanische Pendant zum klassischen, digitalen Bit.

Ein großes Problem bei der Realisierung von weitreichend nutzbaren Quantencomputern ist jedoch die Skalierbarkeit zu hinreichend großen Qubitzahlen. Spinqubits sind dafür ein vielversprechender Ansatz, da diese auf bereits verfügbarer Halbleitertechnologie aufbauen. Verglichen mit supraleitenden Qubits haben sie zudem die Vorteile einer geringeren Größe und bei höheren Temperaturen (bis zu etwa 1 K) funktionsfähig zu sein. Jedoch ist die industriekompatible Herstellung von solchen Qubits noch nicht demonstriert und es ist noch unklar, wie ein darauf aufbauende skalierbare Quantencomputer-Architektur aussehen sollte.

Ziele und Vorgehen

Das Ziel dieses Projekts ist die Implementierung und Demonstration einer Mikroarchitektur unter Überwindung bisheriger geometrischer Skalierungsgrenzen auf Quantenebene mit in Deutschland verfügbarer Halbleitertechnologie.

Als technologische Basis dazu dienen Si/SiGe-Quantentöpfe, für die die Reproduzierbarkeit von Qubits bereits gezeigt wurde. Ein zentrales Element ist das Shutteln von Elektronen auf dem Chip, um Qubits auf skalierbare Weise aneinander zu koppeln.

Im Projekt sollen alle wesentlichen Architekturelemente und deren Funktionen mit konkurrenzfähiger Güte nachgewiesen werden.

Innovation und Perspektiven

Das Projekt schafft die Grundlage für einen Demonstrator mit fünfundzwanzig 2D-gekoppelten Qubits, welcher in einem Nachfolgeprojekt realisiert und online zugänglich gemacht werden soll. Darüber hinaus wird eine Weiterentwicklung mit mehr als 1.000 Qubits angestrebt.

Durch die Einbindung von Industriepartnern und anwendungsorientierten Forschungsinstituten wird die gesamte Wertschöpfungskette für die verfolgte Quantenhardware bereits industriell oder mit direktem Transferpotential in Deutschland aufgebaut.