Revolutionärer quanten-rechner aus der schweiz

Die Rennen um den Bau von leistungsfähigereren Quantencomputern gehen über die Entwicklung besserer Qubits hinaus. Microsoft hat dies mit dem Mejorana 2 demonstriert und auch Spanien hat mit einem Chip, der fast bei absoluter Temperaturbetriebstemperatur funktioniert, Fortschritte erzielt. Doch eines der größten Hindernisse dieser Technologie ist, dass sie in einem kompakten Modell ihre Leistung aufrechterhalten kann. Zum Glück öffnet ein neuer Schritt von Forschern der ETH Zürich den Weg zu einer völlig neuen Architektur für quantenbasierte Rechensysteme. Die Idee ähnelt dem Funktionieren einer Gitarre, da sie auf mikroskopischen Schwingungen beruht, um Daten zu speichern. Es handelt sich um eines der aufregendsten und wahrscheinlich für kommende Generationen von Quantenrechnern untersuchten Entdeckungen.

Eth-forscher nutzen schwingungen, um quanteninformation zu speichern

Das von der ETH Zürich vorgestellte Projekt ist ein wichtiger Schritt für die Branche, weil es so einfach und komplex zugleich ist. Die Idee besteht darin, die Schwingungen eines Resonators zu nutzen, um Daten zu speichern, ähnlich wie eine Saiten eines Instruments einen Ton hält, je nachdem, wie sie vibriert. Das von dem Forscherteam um das Hybrid Quantum Systems innerhalb der ETH Zürich geleitete Projekt erklärt, dass dank verschiedener Schwingungsmodi die notwendigen Daten in der quantenmechanischen Welt dargestellt werden können. Hierbei wird ein sogenannter transmon-Qubit eingesetzt, bei dem alle Lasten unter einem akustischen Resonator mit hoher Übertonfrequenz (HBAR) liegen.

"Die Interaktion zwischen Quantenprozessor und quantenmagnetischer Speicher bildet die entscheidende Grundlage für die Entwicklung von Quantencomputern als mächtiges und zuverlässiges Werkzeug, um berechnungen durchzuführen, die mit konventionellen Rechnern nicht machbar sind," erläutert das Forscherteam.

Das gesamte System funktioniert hier als eine Art Quanten-CPU, weil es verschiedene, unabhängige Speicher-Räume ermöglicht. Dadurch können das Verarbeiten, die Modifikation und das Schreiben von Daten voneinander getrennt werden, was sich von den meisten heutigen Quanten-Architekturen unterscheidet, die Erinnerung und Recheneinheit in denselben physischen Bauteilen integrieren. Dieser Unterschied ist wichtig, da er die Flexibilität des Systems erhöht und eine vielversprechende Basis für die Entwicklung von Supercomputern schafft.

Warum diese technologie die quantenrechnung revolutionieren kann

Man fragt sich sicher, warum genau dies so wichtig für die Zukunft ist. In einem Umfeld, in dem Künstliche Intelligenz, Datenzentren und Hochleistungsrechner zu wichtigen Technologie-Pfeilern werden, könnte das Projekt der ETH Zürich tatsächlich eine Schlüsselinnovation darstellen. Eine der auffälligsten Vorteile sind diese Schwingungen, die etwa hundert Millionenmal kürzer sind als die elektromagnetischen Wellen, die normalerweise in solchen Systemen verwendet werden. Genau dies war der entscheidende Faktor, der es ermöglichte, das komplette System in einem extrem reduzierten Raum von etwa 7,5 Millimetern Länge, 2,5 Millimetern Breite und 1 Millimeter Höhe zu integrieren. Obwohl es so klein ist, kann es seine Leistung aufrechterhalten und hat erfolgreich zwei der am häufigsten verwendeten Quantenrechnungs-Tests durchlaufen: die Fourier-Transformation und die Perioden-Find-Operation. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass dies nur der Anfang sein könnte, um eine nicht-sequenzielle, zufällige Quanten-Speicher-Methode, kurz QRAM, für zukünftige Quantenrechner zu entwickeln, die eine viel größere Speicherkapazität als heute bieten würden. So könnte man eines der größten Engpässe im Sektor lösen, aber es bleibt noch viel Forschung zu tun, bevor wir weitere Informationen über die Fortschritte erhalten werden.