Bei den Alpbacher Technologiegesprächen vor zwei Jahren hatten die Innsbrucker Physiker angekündigt, bis 2022 einen Quantencomputer zur Marktreife bringen zu wollen. Inzwischen ist ihnen ein wichtiger Meilenstein bei dieser Entwicklung gelungen, wie sie im Fachjournal „PRX Quantum“ präsentierten. Ihr Quantenrechner passt dabei in zwei Server-Schränke, wie sie normalerweise in Rechenzentren zum Einsatz kommen.
Quantencomputer arbeiten im Gegensatz zu herkömmlichen Computern nicht nach den Prinzipien der klassischen Physik, sondern auf Basis quantenmechanischer Zustände. Auf dieser Grundlage sollen bestimmte Probleme der Informatik wie die Suche in extrem großen Datenbanken effizienter gelöst werden als mit klassischen Computern. Weltweit arbeiten mehrere Forscherteams an der Realisierung von Quantencomputern, darunter auch in Innsbruck.
Ionenfalle als Herzstück des Quantencomputers
Bei einem Quantencomputer werden in sogenannten Quantenbits, der elemantaren Informationseinheit eines solchen Rechners, verschiedene quantenphysikalische Phänomene zunutze gemacht. Die Quantenbits dienen dabei gleichzeitig als Speicher- und Recheneinheiten. Für deren Realisierung gibt es mehrere Möglichkeiten, in Innsbruck konzentrieren sich die Forscher auf einzelne Ionen, die durch elektromagnetische Felder im Vakuum gehalten und mit Lasern manipuliert werden können. Eine solche Ionenfalle ist das Herzstück des kompakten Quantenrechners, teilte die Innsbrucker Universität am Freitag mit.
Normalerweise füllen die Quantencomputer-Experimente noch ein 30 bis 50 Quadratmeter großes Labor. Forscher des Instituts für Experimentalphysik konnten nun einen Demonstrator für einen Ionenfallen-Quantencomputer bauen. „Uns ging es darum, die hier entwickelten Technologien auf kleinstmöglichem Raum unterzubringen und gleichzeitig die in der Industrie üblichen Normen und Standards zu erfüllen“, erklärte Thomas Monz von der Universität Innsbruck. Mit dem neuen Gerät wollen die Wissenschafter zeigen, dass Quantencomputer schon bald für den Einsatz in Rechenzentren bereit sind.
Verkleinerung ohne Funktionsverlust
Die einzelnen Bausteine mussten erheblich verkleinert werden. So nimmt die Vakuumkammer mit der eingebauten Ionenfalle im Innsbrucker Prototypen nur mehr einen Bruchteil des bisherigen Platzes ein. Sie wurde für das Projekt vom Unternehmen Alpine Quantum Technologies (AQT) zur Verfügung gestellt, einer Spin-off-Gründung der Uni Innsbruck und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) zum Bau eines kommerziellen Quantencomputers. Weitere Bauteile kommen von Instituten in Deutschland.
Laut Universität sei es gelungen, trotz der äußerst sensiblen quantenmechanischen Vorgänge auch auf dem kleinen Quantenrechner einen sicheren und unterbrechungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Der Prototyp könne autark betrieben werden und soll bald auch online programmierbar sein. Hinsichtlich des Ziels der Marktreife bis 2022 sei alles auf Schiene, ergänzte Monz.