Forschungsstandort 04.05.2021, 07:15 Uhr

ETH Zürich und PSI entwickeln gemeinsam Quantencomputer

Mit der Gründung eines gemeinsamen Zentrums wollen ETH Zürich und Paul Scherrer Institut einen Quantencomputer entwickeln, der mehr als 100 Qubits aufweist.
Hilft bei der Fehlerkorrektur: Supraleitender Quantenchip mit 17 Qubits montiert in einer Halterung mit 48 Kontrollleitungen
(Quelle: ETH Zürich/Quantum Device Lab)
Sie sind gross, fehleranfällig und schwierig zu bauen: Der Anfang der Quantencomputer erinnert stark an die Geburtsstunde herkömmlicher Computer. An der ETH Zürich verfügen Forschende derzeit über Quantenrechner, die mit bis zu 17 Quantenbits, sogenannten Qubits, arbeiten. Sollen Quantencomputer dereinst ihr volles Potenzial ausspielen können, braucht es dazu jedoch Rechner mit tausenden, wenn nicht gar hunderttausenden Qubits.
Nun sollen in einem nächsten Schritt Rechner mit mehr als 100 Qubits entwickelt werden. Dazu eröffnen die ETH Zürich und das Paul Scherrer Institut (PSI) im aargauischen Villigen den «ETH Zurich – PSI Quantum Computing Hub». Im neuen Hub werden mehr als 30 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten, welche unter der Leitung der ETH-Professoren Andreas Wallraff und Jonathan Home die beiden Technologiebereiche supraleitende Schaltkreise und Ionenfallen erforschen. In Zukunft werden weitere Gruppen, die verwandte Themen bearbeiten, das Forschungszentrum ergänzen.

Zwei Technologien, ein Ziel

«Speziell am Quantum Computing Hub ist, dass diese beiden Technologien im gleichen Labor erforscht werden», erklärt Wallraff. Während sich die Hardware von Ionen- und Supraleiter-basierten Quantencomputern komplett unterscheidet, sieht er z.B. bei der Entwicklung von Betriebssystemen mögliche Synergien.
Synergien wollen auch die ETH und das PSI nutzen: «Wir haben am PSI schon einige Zeit an industrienaher Quantentechnologie gearbeitet. Ausserdem entwickeln und nutzen wir Quantentechnologie für die Teilchenphysik», sagt Gabriel Aeppli, Bereichsleiter für Photonenforschung am PSI. «Dass wir nun gemeinsam mit der ETH Zürich diesen neuen Hub gründen, ist eine sehr gute Ergänzung.» Für den Quantum Computing Hub stellt das PSI eigenen Angaben zufolge sein Know-how in der Kryoelektronik und der Nanofabrikation als auch die extrem präzisen Messverfahren mithilfe der Grossforschungsanlagen zur Verfügung.
Den Quantum Computing Hub werden Räumlichkeiten auf dem PSI-Campus in Villigen beherbergen. Dazu wurde ein bestehendes Gebäude entsprechend umgebaut.

Quantencomputer für die interdisziplinäre Forschung

Abbildung der Kühlanlage, in welcher der supraleitende Quantenchip bei Temperaturen nahe des absoluten Nullpunkts (-273 Grad Celsius) betrieben wird. (Die Fotomontage zeigt in der linken Hälfte mehrere Lagen der thermischen Abschirmung und in der rechten Hälfte die Kontrollleitungen.)
Quelle: ETH Zürich/Quantum Device Lab
Insgesamt sind an der ETH Zürich über zwei Dutzend Professuren aus sechs Departementen auf dem Gebiet der Quantenforschung aktiv. Die im Hub entwickelten Quantencomputer sollen Forschenden aus verschiedenen Fachbereichen zur Verfügung gestellt werden, die damit direkten Zugriff auf ein Testbett mit den zwei Technologien bekommen.
Will man die abstrakten Phänomene der Quantenmechanik für konkrete Anwendungen nutzen, brauche es nicht nur Physikerinnen und Physiker, welche diese Phänomene theoretisch und experimentell untersuchen, sondern auch Ingenieurinnen und Ingenieure, die sich beispielsweise mit Elektronik, Nanofabrikation, neuen Materialien oder der Skalierung von Prozessen befassen, sowie Informatikerinnen und Informatiker, welche die notwendigen Programmieransätze entwickeln, um die neuen Technologien nutzen zu können.

Autor(in) pd/ jst



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