Computertechnik: Ein optischer Quantencomputer für eine Million Qubits

Die Versprechen von Psiquantum sind nicht so abwegig, wie sie scheinen. Die Technologie dahinter hat wenig mit Quantencomputern wie Sycamore zu tun und arbeitet bei Zimmertemperatur.

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Psiquantum will Quantencomputer mithilfe herkömmlicher Halbleitertechnik bauen.
Psiquantum will Quantencomputer mithilfe herkömmlicher Halbleitertechnik bauen. (Bild: Psiquantum)

Global Foundries kündigt in einer Pressemeldung an, zusammen mit Psiquantum den ersten Quantencomputer mit einer Million Qubits zu bauen. Das ist übertrieben dargestellt. Die Entwicklung wird noch einige Jahre in Anspruch nehmen. Aber die Technik ist grundsätzlich dafür geeignet. Alle notwendigen Funktionen für einen universellen Quantencomputer wurden bereits getrennt in Experimenten demonstriert, aber noch nicht zusammengeführt. Das wollen Psiquantum und Global Foundries nun ändern.

Inhalt:
  1. Computertechnik: Ein optischer Quantencomputer für eine Million Qubits
  2. Licht hat als Medium große Vorteile
  3. Für moderne Computer hat Licht fast Schneckengeschwindigkeit

Anstatt extrem tief abgekühlte Atome, Ionen oder Supraleiter mit genauso tief gekühlter Elektronik zu benutzen, sollen die Quanteneigenschaften des Computers mithilfe der Eigenschaften von Licht erzeugt werden. Anders als bei den 53 Supraleiter-Qubits von Sycamore stellt die Durchführung der Rechnungen dabei ein viel kleineres Problem dar. Die angebliche Quantenüberlegenheit von Sycamore konnte 2019 nur demonstriert werden, indem zufällige Rechnungen aneinandergereiht wurden, und das Ergebnis waren auch nur zufällige Zahlen.

Im optischen Quantencomputer ist die große Herausforderung nicht das Durchführen der Rechnung, sondern die Erzeugung der Quantenzustände. Deshalb hatten Quantencomputer aus Ionenfallen oder Supraleitern viel mehr vorzuweisen. Die Qubits konnten gebaut werden, die Quanteneigenschaften wurden nachgewiesen und die Entwicklung galt dem Schutz der Qubits vor äußeren Einflüssen und der perfekten Durchführung von Rechenvorgängen.

Optische Computer müssen nicht mehr unendlich groß sein

Beim optischen Computer ist die Herausforderung umgekehrt. Die Quantenzustände werden mit Licht erzeugt, das in einem optischen System eingeschlossen wird. Wenn sich darin die Quantenzustände mit ausreichender Qualität erzeugen und messen lassen, können damit zusammen mit klassischer Computertechnik auch Quantenrechnungen durchgeführt werden. Zuvor lassen sich damit aber kaum Demonstrationen durchführen.

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In den letzten Jahren wurden große Fortschritte durch Verbesserung der theoretischen Konzepte und der notwendigen Komponenten gemacht, aber noch nie alle notwendigen Bestandteile in einem System als Computer integriert. Die Komponenten des Computers lassen sich größtenteils mit Halbleitertechnik bauen, wie sie etwa für optische Kommunikation in Glasfasern verwendet wird. Diese Teile will Global Foundries in New York entwickeln, während die integrierte Rechentechnik und Elektronik aus Dresden kommen soll.

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Einen Computer auf der Basis von Licht zu betreiben, das sich ständig mit fast 300.000 Kilometern pro Sekunde bewegt, erscheint zunächst nicht sehr aussichtsreich. Tatsächlich waren alle Ansätze bis vor Kurzem nicht skalierbar. Je länger eine Rechnung sein sollte, desto größer und komplexer musste der Rechner werden. Aber inzwischen ist es gelungen, das Licht effektiv in geschlossenen Systemen einzufangen und seine Quanteneigenschaften zu manipulieren.

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Licht hat als Medium große Vorteile 
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Nicht vor sich selbst, sondern vor der Umgebung. Wenn vor dem Ende der Rechnung eine...

Stefan Eßer 08. Mai 2021 / Themenstart

Der Schaltplan und das Funktionsprinzip von ENIAC sind ja vor einigen Jahren...

PieMan 07. Mai 2021 / Themenstart

Ja ... alle gleichzeitig.

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