Europäischer Forschungsverbund »AQTION«: Fraunhofer IOF liefert laseroptischen Aufbau für deutschen Quantencomputer

Das EU-Projekt »AQTION« will einen skalierbaren Quantencomputer auf Ionenbasis realisieren. Dafür entwickeln Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IOF innovative Optik und Lasertechnik.

Noch bis zum 16. April wird ihre jüngste Arbeit auf der HANNOVER MESSE Digital Edition vorgestellt (mehr Informationen).

Mit dem Ziel, anwendungsnahe Forschung im Bereich Quantencomputer in der Europäischen Union vorantreiben, wurde 2018 der Verbund »Advanced quantum computing with trapped ions« (kurz: AQTION) ins Leben gerufen. Das Vorhaben ist Teil des Quanten-Flaggschiff-Programms der EU.

Gegenstand des Projekts ist die Realisierung eines skalierbaren Quantencomputers auf Ionenbasis. Noch im Laufe dieses Jahres soll er an der Universität Innsbruck, dem Konsortialführer von AQTION, aufgebaut werden. Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IOF entwickelten die innovative Optik und Lasertechnik für den 19 Zoll großen Quantenrechner.

Vom »Bit« zum »QuBit«

Grundlage für Quantencomputer sind sogenannte »QuBits«. Diese kleinstmöglichen Speichereinheiten sind das, was Bits für einen konventionellen Computer sind. Ihr entscheidender Vorteil besteht jedoch darin, dass sie mehrere Zustände zugleich annehmen können und dadurch ein deutlich effizienteres Arbeiten ermöglichen als die klassischen Bits.

Möglich wird das durch sogenannte »Quanteneffekte«. Ein solcher Effekt kann zum Beispiel die Verschränkung von Photonen sein. Diese Verschränkung erlaubt zum einen, dass das »digitale Denken« des Computers, das klassischerweise auf zwei Zuständen beschränkt ist – nämlich Null und Eins –, um ein Konzept kontinuierlicher Funktionen erweitert wird. Zum anderen steigt die Rechenkapazität exponentiell mit der Anzahl der QuBits an. Quantencomputer schaffen damit die Möglichkeit, Lösungen für Probleme zu finden, die uns heute noch unlösbar erscheinen.

Ionenbasierter Quantencomputer für die deutsche Industrie

Der im Forschungsprojekt AQTION entwickelte Quantenrechner basiert auf sogenannten »Ionen-QuBits«. Das System nutzt gespeicherte Ionen als QuBits, die in elektromagnetischen Fallen gehalten und innerhalb dieser mit Laserstrahlen kontrolliert werden können. Am Fraunhofer IOF wurde hierfür die Laser-Adressieroptik realisiert, die die Manipulation von Ionen in der Ionenfalle für Quantencomputer ermöglicht. Derzeit arbeiten die Forscherinnen und Forscher daran, eine Ausbaustufe bis zu 50 Ionen als QuBit-Informationsträger zu erreichen.

Auf lange Sicht ist im Rahmen des AQTION-Verbundes noch Großes geplant: Das Ziel der Projektpartner besteht darin, den industrietauglichen Quantenrechner auf insgesamt 100 QuBits zu skalieren und die angewandte Forschung zu Quantencomputing in Deutschland maßgebend voranzubringen.

Laboraufbau einer laserbasierten Adressieroptik.
© Fraunhofer IOF
Laserbasierte Adressieroptik für eine Ionenfalle des Quantencomputers der nächsten Generation der im Rahmen von AQTION entwickelt wird.