Die Welt der Quantencomputing-Technologien erhält neue Impulse durch innovative Forschungsprojekte, die an verschiedenen renommierten Institutionen umgesetzt werden. Aktuell wird das Projekt von Xinyu Ma an der Universität Heidelberg besonders hervorgehoben, das sich mit der Entwicklung optoelektronischer Hochgeschwindigkeitsmodulatoren für Quantencomputing mit ultraviolettem (UV) Licht beschäftigt. UV-Licht, bekannt für seine hohe Energie bei kurzen Wellenlängen, spielt eine entscheidende Rolle bei der Interaktion mit Atomen und Ionen, den sogenannten Qubits, die für den Betrieb von Quantencomputern unerlässlich sind. Die Europäische Kommission hat für das Projekt mit dem Titel „High-speed integrated ultra-violet electro-optic modulators” (HEIVOM) Fördermittel in Höhe von rund 218.000 Euro bewilligt, um die Entwicklung zu unterstützen, die in der Forschungsgruppe von Prof. Pernice erfolgt. Die Umsetzung dieses Vorhabens wird durch die unabdingbare Notwendigkeit angetrieben, Modulatoren zu entwickeln, die es ermöglichen, Licht auf effiziente Weise zu kontrollieren – ein technologischer Bereich, der bisher als unzureichend gilt, wie uni-heidelberg.de berichtet.
Xinyu Ma, der 2023 an der Tsinghua-Universität in China promoviert wurde, plant in seiner Forschung die Entwicklung innovativer optoelektronischer Schaltungen, Nanofertigungsprozesse und 3D-Nanodruckverfahren. Diese Technologien könnten nicht nur die Effizienz steigern, sondern auch neue Möglichkeiten für die Erzeugung und Kontrolle von Licht schaffen, was für die Weiterentwicklung des Quantencomputings von wesentlicher Bedeutung ist.
Technologische Herausforderungen im Quantencomputing
Die Umsetzung von Quantencomputern, die auf geladenen oder neutralen atomaren Qubits basieren, ist entscheidend für die Erschließung ihrer Vorteile – darunter hohe Qubit-Qualität, exzellente Kohärenzzeiten und Gattergüten. Dabei stellt die präzise Kontrolle über fokussierte Laserstrahlen eine der größten Herausforderungen dar. Bei diesem Prozess sind spezifische Vorrichtungen zur Erzeugung fokussierter Laserstrahlen notwendig, darunter Lasersysteme sowie Komponenten, die eine schnelle, skalierbare und programmierbare Modulation von Lichtintensität oder -phase ermöglichen. Diese Details hat ipms.fraunhofer.de festgehalten.
Ein interessantes Element in dieser Entwicklung sind die Spatial Light Modulators (SLMs), die für eine programmierbare Modulation eingesetzt werden und dazu beitragen, effiziente Prozesse im Quantencomputing zu realisieren. Insbesondere das Projekt SMAQ am Fraunhofer IPMS konzentriert sich auf die Entwicklung von phasenschiebenden, diffraktiven Senkspiegel-MEMS-SLMs für Neutralatom-Quantencomputer. Diese Technologie bietet im Vergleich zu herkömmlichen, flüssigkristallbasierten Modulatoren bedeutende Vorteile, wie einen Zugang zum ultravioletten Spektralbereich und die Möglichkeit, atomare Qubit-Register dichter zusammenzustellen, was zu einer Minimierung des Crosstalks zwischen den Modulatorpixeln führt.
Marktentwicklung und Zukunftsperspektiven
Die Nachfrage nach Quantencomputing nimmt zu. Morgan Stanley prognostiziert, dass der Markt für High-End-Quantencomputer bis 2025 auf zehn Milliarden Dollar pro Jahr wachsen wird. Zu den Unternehmen, die aktiv an der Entwicklung von Quantencomputern arbeiten, zählen große Namen wie IBM, Google und Alibaba, neben innovativen Start-ups wie Novarion und Rigetti. Die Vielfalt der Quantencomputer lässt sich in zwei Haupttypen unterteilen: universelle Quantenrechner, die alle Arten von Rechenoperationen durchführen können, und Quantenannealer, die einfacher aufgebaut sind und spezielle Aufgaben erledigen. Beispielsweise nutzt VW seit 2017 einen Quantenannealer von D-Wave zur Optimierung von Verkehrsflüssen, während BMW an der Optimierung von Fertigungsrobotern mit Quantencomputern forscht, wie fraunhofer.de berichtet.
Die Entwicklungen in der Quantencomputing-Technologie führen zu neuen Möglichkeiten, komplexe Probleme zu lösen, die herkömmliche Computer vor enorme Herausforderungen stellen. Ein spannendes Beispiel ist die Fähigkeit, kleine Primzahlen effizient zu zerlegen, was erhebliche Auswirkungen auf bestehende Kryptosysteme haben könnte. Angesichts der enormen Herausforderungen, die beim Betrieb von Quantencomputern bestehen – wie die Notwendigkeit extrem niedriger Temperaturen und elektromagnetischer Abschirmung – bleibt die Integration von Quantencomputing in bestehende Infrastrukturen eine der zentralen Herausforderungen für die Zukunft.
