QuKAI

Motivation 

Eine vielversprechende Architektur für skalierbare Quantencomputer basiert auf einzelnen Atomen, die auf einem Gitter aus Licht festgehalten werden. Auf jedem Gitterplatz befindet sich genau ein Atom. Mit Lasern lassen sich die Quantenzustände der Atome besonders schnell verändern und hochgenaue Quantengatter realisieren. Dies ermöglicht besonders Leistungsstarke Quantum Processing Units (QPUs). Wäre da nicht eine Einschränkung: das Auslesen der Quantenbits – der einzelnen Atome – wird heute mit ganz normalen Kameras durchgeführt (z.B. CMOS oder CCD Kameras). Und diese sind langsam. Die typische Bildrate beträgt etwa 1 kHz, also eine Millisekunde pro Bild.

Ziele und Vorgehen

Mit einer 100-mal schnelleren Kamera (die gleichzeitig so empfindlich ist, dass sie einzelne Lichtteilchen sehen kann) ließen sich 100-mal schnellere QPUs bauen – oder auf derselben QPU 100-mal längere Quantenalgorithmen laufen lassen. Dazu wird die QuKAI Kamera bestehend aus einem Array hochsensitiver supraleitender Einzelphotonendetektoren erforscht. Eine besondere Herausforderung ist dabei kurze die Wellenlänge des Lichts, das die Atome aussenden. Es handelt sich um blaues oder ultraviolettes Licht und die entsprechende Detektortechnologie muss erst noch erforscht und gefunden werden. Darüber hinaus braucht die QuKAI Kamera eine gute Kühlung weit unter der Temperatur, bei der Luft gefriert. Dazu wird eine neuartige Kühltechnologie, die ohne teure und schwer verfügbare Seltene Erden auskommt, erforscht.

Innovation und Perspektiven

Mit der entwickelten Quantenkamera soll die Beschleunigung von Neutralatom-QPUs und deren schnelle Anbindung an Quantennetzwerke gezeigt werden, wodurch der Weg für die nächste Generation leistungsfähiger vernetzter Quantencomputer geebnet wird.