Qubits im Silizium

Durchbruch zum universellen Quantencomputer

28. Januar 2022, 8:01 Uhr | Heinz Arnold
Künstlerische Darstellung dreier verschränkter Qubits im Silizium: Die zwei Kernspins (rote Kugeln) und ein Elektronenspin (die helle Ellipse).
Künstlerische Darstellung dreier verschränkter Qubits im Silizium: Die zwei Kernspins (rote Kugeln) und ein Elektronenspin (die helle Ellipse).
© UNSW/Tony Melov

Quantencomputer auf Basis von Silizium könnten ihren Brüdern auf Basis der Supraleitung oder von Ionenfallen heftig Konkurrenz machen.

Denn australische Forscher unter Leitung von Prof. Andrea Morelli haben gezeigt, dass fast fehlerfreies Rechnen mit Quantencomputern auf Basis von Silizium-Chips möglich ist, wie sie in ihrem Artikel in »Nature« schreiben. »Wir haben demonstriert, dass die Operationen zu 99 Prozent fehlerfrei ablaufen«, freut sich Prof. Morello von der University of New South Wales (UNSW) in Australien. »Wenn die Fehler so selten auftreten, ist es möglich, sie zu entdecken und zu korrigieren. Das wiederum eröffnet den Weg zu Quantencomputern, die groß genug gebaut werden können, um sinnvolle und für die reale Welt relevante Berechnungen durchzuführen.«

Quantenrechner auf Basis von Silizium haben gegenüber Systemen, die auf Basis der Supraleitung mit Josephson-Kontakten arbeiten wie die von D-Wave, Google und IBM, einige Vorteile: Sie müssen nicht so tief gekühlt werden und sind nicht so störanfällig, was auch für Systeme auf Basis von Ionenfallen gilt. Außerdem lassen sich Qubits auf den Chips kompakt integrieren. Besonders interessant ist, dass sich solche Chips mit Hilfe der derzeitig üblichen Prozesstechniken für die Fertigung von ICs herstellen lassen – was sehr wichtig in Hinblick auf eine wirtschaftlich sinnvolle Realisierung ist.

Sydney Quantum Acadamy
Prof. Andrea Morello: »Damit Fehlerkorrekturmechanismen in Quantencomputern funktionieren können, sind Fehlerraten von unter 1 Prozent erforderlich. Diesen Durchbruch haben wir geschafft und können jetzt Quantencomputer entwickeln, die sich hochskalieren lassen, um sinnvolle Berechnungen durchzuführen.«
© Sydney Quantum Acadamy

Derzeit können Quantencomputer allerdings nur zur Lösung sehr spezieller Probleme eingesetzt werden, etwa in der Kryptologie oder für bestimmte Optimierungsaufgaben. Viele Experten gehen davon aus, dass Quantencomputer nur in diesen Nischen herkömmlichen Supercomputern überlegen sind – dort aber haushoch. Allerdings gibt es heute nur relativ wenige Algorithmen, die sich für ganz bestimmte Aufgabenstellungen eignen, so dass die Zahl der möglichen Anwendungen derzeit noch überschaubar ist. Ob universelle Quantencomputer möglich und sinnvoll sein können, ist deshalb umstritten. 

Durchbruch auf dem Weg zu universellen Quantencomputer

Andrea Morelli aber ist überzeugt, dass Quantenberechnungen mit einer Zuverlässigkeit von 99 Prozent einen wichtigen Durchbruch auf dem Weg zu in der Praxis funktionierenden universellen Quantencomputern darstellen. 


  1. Durchbruch zum universellen Quantencomputer
  2. Drei mögliche Wege zum Silizium-Quantencomputer

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