Ziel
Wir verfolgen einen neuartigen Ansatz zum Bau eines Quantencomputers auf der Basis von organischen Molekülkristallen.
Im Rahmen des Projektes COMIQC entwickeln wir einen fehlerkorrigierbaren Quantencomputer mit 50 Qubits. Hierzu verfolgen wir einen neuartigen Ansatz auf der Basis von Elektronen- und Kernspinregistern in organischen Molekülkristallen. Die Eigenschaften der molekularen Bausteine passen wir gezielt durch aufbauende Synthese an fügen sie mittels Selbstassemblierung im Kristallverbund deterministisch zu funktionellen Qubitnetzwerken zusammen. Die Ergebnisse dieses Projekts werden sowohl eine Plattform für Quantencomputer bereitstellen, die nicht nur inhärent skalierbar und flexibel veränderbar ist, sondern auch den Wettbewerb im Bereich Quantentechnologien auf weitere Technologiebereiche erweitern.
Motivation
Im Rahmen dieses Projektes führen wir organische Molekularchemie als Grundlage zur Herstellung moderner Quantenmaterialienein. Unser Ansatz ist dabei nicht nur richtungsweisend für die Herstellung von Quantenmaterialien im Allgemeinen, sondern fördert gleichzeitig wertvolle Synergien zwischen Computerchemie, organischer Molekularchemie, Materialwissenschaften und den Quantentechologien zu Tage. Gerade die interdisziplinäre Vernetzung dieser Fachgebiete hilft uns, den Entwicklungsprozess zu beschleunigen und molekulares Design, Materialherstellung und -charakterisierung, optische und Mikrowellenmanipulation, optische Auslesemethoden sowie die Integration in bestehende Technologieplattformen innerhalb der Projektlaufzeit zu einem funktionierenden Quantencomputer mit einem 50-Qubit-Register zu verbinden.
Herausforderung
Als Qubits verwenden wir kohlenstoffbasierte Moleküle, deren Elektronen- und Kernspins optisch adressiert und deren Spin-Spin-Kopplungen wir je nach Bedarf ein- oder ausschalten können werden. Dies ermöglicht einen universellen Satz an Ein- oder Zwei-Qubit-Gattern auf großen Quantenregistern. Unser Ansatz vereint dabei Vorteile der aufbauenden Synthesechemie sowie der fortgeschrittenen Quantenoptik und -kontrolle, die es uns erlauben die Eigenschaften der Qubits durch molekulares Design zu optimieren sowie einzelne Moleküle zu manipulieren und nachzuweisen. Mithilfe dieser Methode können wir Qubit-Moleküle von Grund auf entwickeln, indem wir die Designmöglichkeiten der molekularen organischen Chemie nutzen. Gleichzeitig können wir den supramolekularen Aufbau der Quantenmaterialien und damit die Kopplungsstärke der Qubits durch Wahl und Feinabstimmung der Zusammensetzung des Quantenmaterials steuern. Während der Projektlaufzeit liegt der Schwerpunkt auf dem Aufbau eines funktionsfähigen Systems mit mindestens 10 Qubits in der Anfangsphase, welches wir vermittels der inhärenten Skalierbarkeit unserer Technologie im weiteren Verlauf auf mindestens 50 Qubits erweitern.
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