Forscher der University of Sussex und Universal Quantum haben erstmals gezeigt, dass Quantenbits (Qubits) direkt zwischen Mikrochips von Quantencomputern übertragen werden können, und zwar mit rekordverdächtiger Geschwindigkeit und Genauigkeit. Dieser Durchbruch löst eine große Herausforderung beim Bau von Quantencomputern, die groß und leistungsfähig genug sind, um komplexe Probleme anzugehen, die für die Gesellschaft von entscheidender Bedeutung sind.
Heute arbeiten Quantencomputer auf der 100-Qubit-Skala. Experten gehen davon aus, dass Millionen von Qubits erforderlich sind, um wichtige Probleme zu lösen, die für die leistungsstärksten Supercomputer von heute unerreichbar sind [1, 2]. Es gibt einen globalen Quantenwettlauf um die Entwicklung von Quantencomputern, die bei vielen wichtigen gesellschaftlichen Herausforderungen helfen können, von der Arzneimittelforschung über die energieeffizientere Herstellung von Düngemitteln bis hin zur Lösung wichtiger Probleme in fast allen Branchen, von der Luftfahrt bis zum Finanzsektor.
In der heute veröffentlichten Forschungsarbeit in Naturkommunikation, demonstrieren die Wissenschaftler, wie sie eine neue und leistungsstarke Technik, die sie „UQ Connect“ nennen, eingesetzt haben, um elektrische Feldverbindungen zu nutzen, damit sich Qubits mit beispielloser Geschwindigkeit und Präzision von einem Quantencomputer-Mikrochipmodul zum anderen bewegen können. Dadurch lassen sich Chips wie ein Puzzle zu einem leistungsfähigeren Quantencomputer zusammenfügen.
Das Team der University of Sussex und Universal Quantum war erfolgreich beim Transport der Qubits mit einer Erfolgsrate von 99,999993 % und einer Verbindungsrate von 2424/s, beide Zahlen sind Weltrekorde und um Größenordnungen besser als frühere Lösungen.
Professor Winfried Hensinger, Professor für Quantentechnologien an der University of Sussex und leitender Wissenschaftler und Mitbegründer von Universal Quantum, sagte: „Wenn Quantencomputer wachsen, werden wir letztendlich durch die Größe des Mikrochips eingeschränkt, was die Anzahl der Quantenbits begrenzt ein solcher Chip aufnehmen kann. Daher wussten wir, dass ein modularer Ansatz der Schlüssel war, um Quantencomputer leistungsfähig genug zu machen, um bahnbrechende Industrieprobleme zu lösen. Um zu demonstrieren, dass wir zwei Quantencomputerchips verbinden können – ein bisschen wie ein Puzzle – und, was entscheidend ist, dass es so gut funktioniert, wir erschließen das Potenzial zur Skalierung, indem wir Hunderte oder sogar Tausende von Quantencomputer-Mikrochips verbinden.“
Während die Module in Weltrekordgeschwindigkeit verbunden wurden, verifizierten die Wissenschaftler auch, dass die „seltsame“ Quantennatur des Qubits während des Transports unberührt bleibt, zum Beispiel, dass das Qubit gleichzeitig 0 und 1 sein kann.
Dr. Sebastian Weidt, CEO und Mitbegründer von Universal Quantum und Senior Lecturer für Quantentechnologien an der University of Sussex, sagte: „Unser unermüdlicher Fokus liegt darauf, Menschen ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, das es ihnen ermöglicht, ihr Arbeitsgebiet zu revolutionieren. Das Universal Teams von Quantum und der University of Sussex haben hier etwas wirklich Unglaubliches geleistet, das dazu beitragen wird, unsere Vision Wirklichkeit werden zu lassen. Diese aufregenden Ergebnisse zeigen das bemerkenswerte Potenzial der Quantencomputer von Universal Quantum, leistungsfähig genug zu werden, um die vielen lebensverändernden Anwendungen des Quantencomputings zu erschließen.“
Universal Quantum hat gerade 67 Millionen Euro vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) für den Bau von zwei Quantencomputern erhalten, wo sie diese Technologie im Rahmen des Vertrags einsetzen werden. Das Spin-out der University of Sussex wurde kürzlich auch zu einem der Preisträger des Institute of Physics 2022 in der Kategorie Business Start-up ernannt.
Weidt fügte hinzu: „Der DLR-Vertrag war wahrscheinlich einer der größten staatlichen Quantencomputing-Verträge, die jemals an ein einzelnes Unternehmen vergeben wurden. Dies ist eine enorme Bestätigung unserer Technologie. Universal Quantum arbeitet jetzt hart daran, diese Technologie in unseren kommenden kommerziellen Maschinen einzusetzen. „
Dr. Mariam Akhtar leitete die Forschung während ihrer Zeit als Research Fellow an der University of Sussex und Quantum Advisor bei Universal Quantum. Sie sagte: „Das Team hat einen schnellen und kohärenten Ionentransfer unter Verwendung von Quantenmaterieverbindungen demonstriert. Dieses Experiment bestätigt die einzigartige Architektur, die Universal Quantum entwickelt hat – und bietet einen spannenden Weg zu wirklich groß angelegtem Quantencomputing.“
Professor Sasha Roseneil, Vizekanzlerin der University of Sussex, sagte: „Es ist fantastisch zu sehen, dass die inspirierte Arbeit der Physiker der University of Sussex und Universal Quantum zu diesem phänomenalen Durchbruch geführt hat, der uns einem Quantencomputer einen bedeutenden Schritt näher bringt Das wird von echtem gesellschaftlichem Nutzen sein. Diese Computer werden grenzenlose Anwendungsmöglichkeiten haben – von der Verbesserung der Entwicklung von Medikamenten über die Schaffung neuer Materialien bis hin zu vielleicht sogar Lösungen für die Klimakrise. Die University of Sussex investiert erheblich in Quantencomputer Unterstützen Sie unser mutiges Ziel, die leistungsstärksten Quantencomputer der Welt zu hosten und Veränderungen herbeizuführen, die das Potenzial haben, so viele Menschen auf der ganzen Welt positiv zu beeinflussen.Und mit Teams, die das Spektrum der Quantencomputer und der Technologieforschung abdecken, verfügt die University of Sussex über beides und ein umfassendes Know-how in diesem Bereich.Wir bauen unsere Forschung und Lehre in diesem Bereich weiter aus und haben Pläne für neuen Tee ching-Programme und Neuberufungen.“
Professor Keith Jones, Interim Provost und Pro-Vizekanzler für Forschung und Unternehmen an der University of Sussex, sagte über die Entwicklung: „Dies ist ein sehr aufregendes Ergebnis unserer Physiker an der University of Sussex und von Universal Quantum. Es beweist den Wert und die Dynamik von Dieses Spin-out-Unternehmen der University of Sussex, dessen Arbeit auf rigoroser und weltweit führender akademischer Forschung basiert. Quantencomputer werden entscheidend dazu beitragen, einige der dringendsten globalen Probleme zu lösen. Wir freuen uns, dass Akademiker aus Sussex diese Forschung liefern bietet Hoffnung, das positive Potenzial der Quantentechnologie der nächsten Generation in entscheidenden Bereichen wie Nachhaltigkeit, Arzneimittelentwicklung und Cybersicherheit auszuschöpfen.“
ANMERKUNGEN
[1] Webber, M., et. Al. AVS Quantum Sci. 4, 013801 (2022)
[2] Lekitsch, B., et al., Science Advances, 3(2), 1-12 (2017)