Quantencomputer mit 98 Ionen-Qubits

Broomfield (USA) - Quantencomputer sollen in Zukunft spezielle Aufgaben – von der Simulation neuer Materialien auf atomarer Ebene bis zur besten Routenplanung bei extrem vielen möglichen Wegen – schneller lösen als konventionelle Supercomputer. Diese Berechnungen übernehmen Quantenbits, oder kurz Qubits. Sie lassen sich sowohl über Quantenzustände in festen Supraleitern als auch mit Anregungszuständen eingefangener Ionen herstellen. Aus der Supraleiter-Hardware konnten bereits Quantencomputer mit mehr als 1000, allerdings relativ fehleranfälligen Qubits realisiert werden. Zuverlässiger arbeitet dagegen die Ionen-Hardware, die nun mit dem neuen Quantencomputer „Helios“ aus 98 Ionen-Qubits – entwickelt vom US-amerikanischen Unternehmen Quantinuum – im Wettlauf aufschließen konnte.

Mit Lasern, Mikrowellen und elektromagnetischen Feldern kontrollierte die internationale Arbeitsgruppe 98 Barium-Ionen und hielt diese einzeln in der Schwebe. Zusätzlich genutzte Ytterbium-Ionen stabilisierten diese Qubits. In dem rudimentären Quantencomputer diente eine filigrane, nur wenige Mikrometer große Ringstruktur als Speichereinheit für die Qubits. Aus dieser konnten sie gezielt in ein Prozessor-Areal bewegt werden, um dort logische Rechenprozessen durchzuführen. Erste, speziell auf Quantencomputer zugeschnittene Aufgaben wie beispielsweise die Generierung von Zufallszahlen ließen sich extrem schnell in Sekunden durchführen. Selbst die größten konventionellen Supercomputer bräuchten dafür nach Aussage der Forschenden viele Jahre.

Helios weist einen ausgeklügelten Weg auf, um auch mit eingefangenen Ionen Quantencomputer mit vielen, nahezu fehlerfrei rechnenden Qubits zu entwickeln. Allerdings sind diese schwieriger zu fertigen als Quantencomputer mit Supraleiter-Qubits. So bleibt der Wettlauf um die beste Hardware für Quantencomputer heute noch völlig offen.