Photonisches Quantencomputing

Photonische Qubits haben viele Vorteile: Die Erzeugung, Kontrolle und Messung von Photonen als Quantensystemen ist Routine. Mithilfe von Lichtleitern und optischen Strecken überbrücken sie als „fliegende Qubits“ weite Distanzen. Und dank der vielen Fortschritte in der Fertigung integrierter optischer Bauteile, passen photonische Quantencomputer auf einen einzigen Chip. Allerdings haben sie einen entscheidenden Nachteil: Photonen wechselwirken nicht miteinander. Dieses Problem müssen photonische Quantencomputer aufwändig umgehen, was lange ein Hemmnis war. Um die Entwicklung dieser Technologie voranzutreiben, setzen wir auf messungsbasiertes photonisches Quantencomputing als vielversprechende Plattform und Garant schnell nutzbarer Quantencomputer.

Photonischer Quantenprozessor mit Kühlung| Bild: QuiX Quantum, Daniël Verkijk

Bedeutung für Deutschland

In der Photonik gibt es in Deutschland traditionell eine starke Forschung und industrielle Basis sowie eine bedeutsame Zulieferindustrie sowie viele kleine und mittlere Unternehmen und Startups für Enabling-Technologien. Mehrere deutsche und europäische Startups entwickeln Quantenprozessoren. Trotzdem ist photonisches Quantencomputing bisher weniger weit entwickelt als andere Ansätze. Wir erwarten dadurch einen beschleunigten Technologietransfer.

Photonen-Projekte in der DLR QCI

Die DLR QCI hat einen Auftrag für die Entwicklung eines universellen Quantenprozessors auf Basis photonischer Schaltkreise vergeben: In mehreren Phasen werden vom Auftragnehmer immer mehr Eingangsmoden und photonische Qubits realisiert. So entwickelt der Auftragnehmer nach drei Jahren einen Demonstrator mit acht photonischen Qubits und innerhalb von vier Jahren ein System mit mindestens 64 Qubits. Die Gewinnerin der Ausschreibung, das Unternehmen QuiX Quantum wird den photonischen Quantencomputer am DLR Innovationszentrum Ulm integrieren.

Photonischer Quantenprozessor | Bild: QuiX Quantum, Daniël Verkijk

Unsere Photonen-Projekte


Photonischer Quantenprozessor | Foto: PHIX BV

Technische Umsetzung

Photonische Quantencomputer rechnen, indem sie Photonen durch einen Parcours aus optischen Elementen schicken, der den Algorithmus repräsentiert. Der Ansatz ist elegant. Aber weil Photonen nicht miteinander wechselwirken, galten photonische Systeme lange Zeit trotz ihrer vielen Vorteile als ungeeignet. Eine von mehreren Lösungen für dieses Problem ist die Herstellung sogenannter Cluster-Zustände: Verbände aus vielen, miteinander verschränkten Photonen.

Diesen messungsbasierten Ansatz verfolgen wir mit unserem photonischen Quantencomputer. Mit ihm können auch Zwei-Qubit-Gatter realisiert werden, also die Grundlage für komplexere Quantenberechnungen. Neben der Anwendung in Quantencomputern eignen sich photonische Systeme auch für den Einsatz in der Quantenkryptographie und in der Quantenkommunikation – andere wichtige Anwendungen im DLR. Diese mögliche Verquickung von Berechnung und Kommunikation auf einer gemeinsamen technologischen Basis macht photonische Systeme nicht nur für uns besonders attraktiv.


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