PhoQuant - Photonischer Quantencomputer

Bei ausreichender hoher Vernetzung vieler Recheneinheiten (Qubits) können Quantencomputer eine höhere Rechengeschwindigkeit gegenüber klassischen Computern erzielen. Gerade bei dieser Skalierung bietet der photonische Ansatz, der Lichtteilchen (Photonen) als Qubits verwendet, enorme Vorteile. Denn die für die Rechenoperationen benötigten Funktionen können auf einem einzigen Chip mittels ausgereifter Halbleiter-Fertigungsverfahren hergestellt werden. Daher forscht das Fraunhofer IPMS zusammen mit Partnern an einem photonischen Quantencomputer.

Das Projektziel ist es, einen Vorteil für die Berechnung von industrierelevanten Anwendungen bereitzustellen. Ein erstes Beispiel ist die Echtzeitoptimierung von Ablaufplänen an Flughäfen bei unvorhergesehener Verspätung. Hierfür entwickelt das Konsortium, bestehend aus universitärer Forschung, Start-ups und Industrie, eine neue photonische Rechnerarchitektur, welche im Laufe des Projektes einen Quantencomputer mit bis zu 100 Qubits ermöglicht.

Das Projekt basiert auf einer Methode des Koordinators Q.ANT, mit der sich extrem leistungsfähige Quantencomputerchips herstellen lassen. Durch die Schaffung hochspezialisierter optischer Kanäle auf Siliziumchips ist dieser photonische Chip-Prozess in der Lage, Quanten nahezu verlustfrei zu transportieren, zu steuern und zu überwachen, selbst bei Raumtemperatur. Damit können die Chips in Zukunft auch in herkömmlichen Großrechnern eingesetzt werden.

Die integrierte (monolithische) Aufbauweise dieser Architektur kombiniert mit einer skalierbaren Herstellung – basierend auf etablierten Fertigungsprozessen aus der Halbleiterindustrie – verspricht eine schnelle Weiterentwicklung über 100 Qubits hinaus im Anschluss an das Projekt. Zugeschnitten auf diese neue Architektur werden im Laufe des Projektes sowohl optimierte Algorithmen für spezielle Problemstellungen, als auch Algorithmen für das universelle Quantencomputing entwickelt und per Cloud-Anbindung für die Öffentlichkeit bereitgestellt.

Das Fraunhofer IPMS entwickelt die integrierte, monolitische Ansteuerung der optoelektronischen Bauelemente des photonischen Quantencomputers sowie die Aufbau- und Verbindungstechnik. In zweieinhalb Jahren wollen die Projektpartner einen ersten Prototyp vorlegen, in spätestens fünf Jahren soll ein Quantencomputerchip entstehen, der großflächige Berechnungen durchführen kann.