Das im Januar gestartete Verbundprojekt „Spinning“ (Diamond spin-photon-based quantum computer) will den Demonstrator eines Quantenprozessors „Made in Germany“ entwickeln sowie die Peripherie, die notwendig ist, um den Prozessor an herkömmliche Computersysteme anzubinden.
Im Vergleich zu heutigen Quantencomputern zeichnet sich die geplante Hardware sowohl durch längere Operationszeiten und kleinere Fehlerraten als auch durch einen geringen Kühlbedarf aus. Der geplante Quantenprozessor soll zunächst mit zehn, in der Folge mit 100 Qubits und mehr rechnen können und wäre damit auch in der Lage, die Produkte komplexer quantenchemischer Reaktionen zu prognostizieren.
Spin-Photon-basierter Quantenprozessor für hybride Systeme
Im Rahmen von „Spinning“ erforschen und demonstrieren die Projektpartner einen skalierbaren, universellen Quantenprozessor auf Basis von Spin-Qubits in Diamant. Dieser zeichnet sich durch ein neuartiges vernetztes und hybrides Design aus.
„Ziel unserer Arbeiten ist es unter anderem einen zuverlässigen Betrieb eines solchen innovativen Quantencomputers sicherzustellen und eine Peripherie zu schaffen, um die Rechenleistung für eine breite Gruppe von Anwendern, beispielsweise per Cloud-Computing, zur Verfügung zu stellen“, erläutert Prof. Dr. Rüdiger Quay, Projektkoordinator von „Spinning“ und geschäftsführender Institutsleiter des Fraunhofer IAF.
Hohe Konnektivität und flexible Konfigurierbarkeit
In einfachen Quantenschaltungen wird das Quantenvolumen, das sich aus der Anzahl der Qubits, ihrer Fehlerrate und ihrer Konnektivität errechnet, zum Vergleich der Leistung von Plattformen herangezogen. Ein oft vernachlässigter, zentraler Parameter dabei ist die Konnektivität der Qubits, die die Anzahl der direkt adressierbaren benachbarten Qubits und die Möglichkeit der Kopplung von Qubits über große Abstände angibt.
„Spinning“ berücksichtigt auch diesen Parameter und bietet ein Design, das sich durch eine noch nie dagewesene Konnektivität und eine flexible Konfigurierbarkeit auszeichnet. Zudem ist der Quantenprozessor in der Lage mit geringem Kühlbedarf zu arbeiten und hat damit das Potenzial, in unmittelbarer Nähe herkömmlicher Computersysteme implementiert zu werden.
Projektpartner
Das Freiburger Fraunhofer IAF leitet das „Spinning“-Konsortium aus sechs Universitäten, zwei gemeinnützigen Forschungseinrichtungen, fünf industriellen Unternehmen (KMU und Spin-offs) und vierzehn assoziierten Partnern (zehn davon sind Unternehmen). Alle Beteiligten sind hochaktiv auf dem Gebiet der vorwettbewerblichen Hardware-, Firmware- und Software-Entwicklung.
