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Forschungsprojekt ‘GeQCoS‘

Quantenprozessor besser machen

Quantenrechner sollen unter anderem Optimierungsaufgaben lösen, etwa für Produktionsprozesse. Im Verbundprojekt ‘GeQCoS‘ wollen Forscher Konzepte für den Bau eines verbesserten Quantenprozessors entwickeln.

Bild: © Gorodenkoff/Fotolia.com

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Der im Verbundvorhaben ‘German Quantum Computer based on Superconducting Qubits‘ (GeQCoS) zu entwickelnde Quantenprozessor-Prototyp soll aus einigen weni-

gen supraleitenden Qubits mit grundlegend verbesserten Bauelementen bestehen. Bei dieser Technologie werden die wesentlichen Bausteine eines Quantencomputers, die Quantenbits (Qubits), durch widerstandslos fließende Ströme in supraleitenden Schaltkreisen realisiert. Diese Ströme sind relativ robust gegenüber äußeren Störeinflüssen und können die Quanteneigenschaften über lange Zeiten beibehalten.

Neue Materialien

Die im Forschungsprojekt angestrebten Verbesserungen zielen sowohl die Erhöhung der Konnektivität ab, also der Anzahl an Verbindungen zwischen den einzelnen Qubits, als auch auf die Verbesserung der Qualität der Qubits und damit der Möglichkeit, schnell und effizient die gewünschten Quantenzustände herstellen zu können. „Das ist in diesem Stadium eine große Herausforderung“, sagt Dr. Ioan Pop vom Institut für Quantenmaterialien und Technologien des KIT. „Durch den Einsatz von neuartigen Materialien zur Herstellung der Qubits erwarten wir eine bessere Reproduzierbarkeit, eine höhere Qualität der Qubits.“ Um in diesem Bereich eine Verbesserung zu erreichen, arbeiten die Forschenden in Sachen alternative Komponenten, Änderung der Architektur, Kopplungsmechanismen und höhere Genauigkeit der Berechnungen eng zusammen.

Schon heute seien Quantenrechner in der Lage, kleine spezifische Problemstellungen zu meistern und die grundlegende Funktionsweise zu zeigen, so die Experten. Langfristiges Ziel sei es, einen sogenannten universellen Quantencomputer zu entwickeln, der wichtige Rechenprobleme exponentiell schneller als ein klassischer Computer berechne. Eine geeignete Architektur zur Berechnung praxisrelevanter Probleme könne nur durch grundlegende Verbesserungen sowohl der Hardware als auch der Software realisiert werden.

Optimierte Chipgehäuse

Um dieses Ziel zu erreichen, sollen im Verbundprojekt auch skalierbare Fabrikationsprozesse entwickelt und die Entwicklung von optimierten Chipgehäusen vorangetrieben werden. Der Quantenprozessor soll schließlich am Walther-Meißner-Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften an einem Prototyp demonstriert werden.

Neben dem KIT sind die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, das Forschungszentrum Jülich, das Walther-Meißner-Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, die Technische Universität München, Infineon und das Freiburger Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik am Projekt beteiligt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Verbundprojekt „GeQCoS“ mit 14,5Mio.€ Euro.


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