Ziel
Wir bauen einen hochskalierbaren digitalen Quantencomputer mit 100 Qubits basierend auf neutralen Atomen.
Im DiNAQC-Demonstrator werden einzelne ultrakalte Strontiumatome in optischen Fallen für die Qubits verwendet. Jedes Atom realisiert dabei ein Qubit, das mit weiteren Laserstrahlen angesteuert wird. Verschränkung zwischen zwei Qubits wird durch schnelle Laserpulse erzeugt, die die Qubits an hochangeregte Rydberg-Zustände koppeln. Neutralatom-Quantencomputer sind besonders skalierbar, da sich die Atome in beliebigen zweidimensionalen Konfigurationen anordnen lassen und da jedes Atom – und damit jedes Qubit – identisch zu jedem anderen Qubit ist. Atome benötigen keine kryogene Kühlung, da sie allein mit Lasern auf Mikrokelvin-Temperaturen gekühlt werden können.
Motivation
Neutrale Atome sind eine junge Quantencomputing-Plattform, die in den letzten Jahren massive Fortschritte gemacht hat. Aufgrund ihrer intrinsischen Skalierbarkeit gelten neutrale Atome als einer der erfolgversprechendsten Ansätze, um selbst mit nicht voll fehlerkorrigierten Quantenprozessoren in den Bereich eines industriell relevanten Quantenvorteils vorzustoßen. Dazu bauen wir in DiNAQC einen prototypischen Quantencomputer, auf dem ein für die Forschung des DLR relevanter Quantenalgorithmus identifiziert, individuell auf die Neutralatomplattform angepasst, und am Ende des Projekts auf dem 100-Qubit-Demonstrator ausgeführt werden soll. Gleichzeitig sollen erste Demonstrationsexperimente in Richtung Fehlerkorrektur durchgeführt werden, sodass zum Abschluss von DiNAQC ein konkreter Plan für eine weitere Skalierung auf tausende physikalische Qubits in einem einzigen Quantenprozessor (ohne klassische Interconnects) vorliegen soll.
Herausforderung
Digitales Quantencomputing mit neutralen Atomen ist erst in den letzten Jahren mit der Entwicklung entsprechend leistungsfähiger und hochqualitativer Lasertechnologien denkbar geworden. Das Alleinstellungsmerkmal des DiNAQC ist, dass planqc, als erste Ausgründung aus dem Munich Quantum Valley, das bosonische Isotop des Erdalkaliatoms Strontium als Quanteninformationsträger wählt. Dies lässt überragende Gatterfidelitäten und Koheränzeigenschaften erwarten. Der von uns gewählte Ansatz ermöglicht eine schnelle Skalierung auf hundert und perspektivisch tausende Qubits. Mit DiNAQC gehen wir über diese Entwicklungen hinaus, und fokussieren klar auf eine große Herausforderung im Bereich Quantencomputing: die Demonstration erster Fehlermitigations- und Fehlerkorrekturprotokolle für neutrale Atome.
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