Quantencomputer auf Basis von Neutralatomen nutzen die elektronische Struktur von Atomen als Qubits. Dazu fängt man ultrakalte Atome in optischen Fallen und manipuliert ihren Zustand mit Laserpulsen. Das Ergebnis dieser Manipulation kann schließlich mikroskopisch ausgelesen werden. Weil auf diese Weise auch potentiell sehr viele Qubits in dichten dreidimensionalen Strukturen angeordnet werden können, eignen sich Neutralatome für den Bau von hochskalierbaren Quantencomputern. In der Quantensimulation ist dieser Ansatz mit Tausenden Neutralatomen bereits erprobt. Im Rahmen unseres Industrieauftrags wollen wir dieses Knowhow gezielt für die Weiterentwicklung der Technologie hin zu Quantencomputern nutzen und so die Industrialisierung der Neutralatom-Plattform beschleunigen.
Bedeutung für Deutschland
Deutschland hat eine herausragende Position in der Erforschung und dem Einsatz der Neutralatom-Technologie. So sind Forschungszentren in Deutschland Vorreiter und weltweit führend auf dem Gebiet der analogen Quantensimulation. Mit unserem Neutralatom-Projekt wollen wir diese außergewöhnliche akademische Expertise in industrielle Projekte einbringen und so das Potenzial der Neutralatom-Plattform für fortschrittliche Quantencomputer auf Basis von Neutalatomen erschließen.
Neutralatome in der DLR QCI
Wir haben die Entwicklung eines programmierbaren digitalen Neutralatom-Quantencomputers beauftragt. Innerhalb von dreieinhalb Jahren und in mehreren Etappen entwickelt das Garchinger Startup planqc für uns einen Quantencomputer mit mehr als 100 vollfunktionsfähigen Neutralatom-Qubits, der skalierbar und perspektivisch fehlerkorrigierbar ist. Planqc setzt das Projekt DiNAQC in unserem Innovationszentrum Ulm um. Planqc unterstützt außerdem die Anwendungsprojekte ALQU und Klim-QML mit ihrer Expertise im Neutralatom-Quantencomputing-
Technische Umsetzung
Auf den ersten Blick haben Qubits auf Basis von Neutralatomen und Ionenfallen viel gemeinsam. Ihre Unterschiede werden aber klar, sobald man mehrere Qubits miteinander wechselwirken lassen will. Im Projekt DiNAQC nutzen wir dazu Neutralatome im Rydberg-Zustand, also mit sehr hoch angeregten Elektronen in der Atomhülle. Diese Rydberg-Atome können über Mikrometer hinweg mit anderen Atomen wechselwirken und so gezielt zu Zwei- und Mehr-Qubit-Gates verschränkt werden. Weil mit dieser Technologie potentiell sehr viele Qubits in dichten dreidimensionalen Strukturen angeordnet werden können, eignen sich Neutralatome für den Bau von hochskalierbaren Quantencomputern.
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