Ziel

Wir entwickeln einen universellen und fehlerkorrigierbaren photonischen Quantencomputer mit 64 Qubits.

Im Laufe des vierjährigen Projekts entwickelt QuiX Quantum im Auftrag des DLR in mehreren Ausbaustufen einen photonischen Quantencomputer für universelles Quantencomputing. Bereits im ersten Jahr liefert Quix Quantum einen photonischen Prozessor an das DLR, mit dem erste Erfahrungen mit der Erzeugung und Verarbeitung photonischer Quantenzustände gesammelt werden können. Nach dieser Aufbauphase folgt erst die Entwicklung eines Prozessors mit 64 Eingangskanälen, dem Demonstrator 1, und schließlich die Entwicklung zweier photonischer Quantencomputer: ein universelles 8-Qubit-System im dritten Projektjahr und ein universelles und zusätzlich fehlerkorrigierbares System mit 64 Qubits oder mehr im vierten Jahr.

Motivation

Photonische Quantencomputer basieren grundsätzlich auf der Codierung und Prozessierung von Quanteninformationen durch Licht. Im messungsbasierten Quantenprozessor werden zur Verarbeitung von Quantenzuständen hierfür zunächst gequetschte Lichtzustände erzeugt, danach informationstechnisch verarbeitet und schließlich detektiert. Die einzelnen Lichtpulse werden dabei analog zu Leiterbahnen für Elektronen in Wellenleitern auf dem Chip geführt.

Der Vorteil photonischer Qubits ist ihre hohe Kohärenzlänge und die Übertragung auch bei Raumtemperaturen, so dass die Quantenzustände auch über lange Übertragungswege erhalten bleiben. Die Grundlage für den photonischen Quantenprozessor bilden integrierte photonische Schaltkreise auf Basis von Siliziumnitrid. Die Siliziumnitrid-Plattform ist eine ausgereifte Technologie, welche geringe Verluste bietet – solche Verluste sind die Hauptfehlerquelle photonischer Qubits. Außerdem ist sie mit Verfahren aus der Telekommunikationsindustrie skalierbar und kann mit anderen photonischen Technologien, wie Glasfasernetzwerken, verbunden werden.

Herausforderung

Um einen skalierbaren, universellen photonischen Quantenprozessor zu realisieren, ist ein hohes Maß an Integration der Komponenten wie Lichtquellen und Detektoren erforderlich. Diese Integration wird im Laufe des Projektes kontinuierlich erhöht. Die Fehlerkorrektur erfordert zudem spezielle Lichtzustände, die nicht deterministisch erzeugt werden. Das bedeutet, dass zur Erzeugung eines quantenmechanisch fehlerkorrigierbaren Zustandes mehrere parallel arbeitende Lichtquellen benötigt werden. Schnelle Schalter leiten die fehlerkorrigierbaren Lichtzustände dann zu den Eingängen des Prozessors, sobald diese erzeugt wurden. Um diese Zustände überhaupt detektieren zu können, sind in die Siliziumnitrid-Architektur integrierte photonenanzahlauflösende (photonnumber resolving) Detektoren erforderlich. Eine weitere Herausforderung ist das Sicherstellen der Ununterscheidbarkeit der Zustände aus unterschiedlichen Lichtquellen. Deswegen ist zur Realisierung dieses Projekts ebenfalls eine schnelle Regelung der Strahlquellen notwendig.

QuiX Quantum

The startup QuiX Quantum was founded in January 2019 and specializes in photonic quantum technology. The company has been offering photonic quantum processors since late 2020. QuiX Quantum works with scalable plug-and-play quantum computing solutions.

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