QSea I – Quantencomputer-Demonstrator mit 10 Qubits auf Ionenfallen-Basis für Remote-Zugriff
Projektlaufzeit: 1.03.2023 – 28.02.2027
Wir bauen einen Quantencomputer-Demonstrator mit 10 Qubits auf Basis der Ionenfallen-Technologie mit einer Steuerungs-Software für den Remote-Zugriff und, in einem zweiten Schritt, die Automatisierung des Betriebs und der Sicherstellung der Verfügbarkeit für Anwendungen beim DLR.
Wir bauen einen Quantencomputer-Demonstrator mit 10 Qubits auf Basis der Ionenfallen-Technologie mit einer Steuerungs-Software für den Remote-Zugriff und, in einem zweiten Schritt, die Automatisierung des Betriebs und der Sicherstellung der Verfügbarkeit für Anwendungen beim DLR.
Dieser Demonstrator für einen Ionenfallen-Quantencomputer wird mindestens zehn voll funktionsfähige Qubits beinhalten und frühzeitig für Anwendungen am DLR zur Verfügung stehen. Er ist das gemeinsame Produkt eines Industriekonsortiums: Der Quantencomputer beruht auf einem MAGIC-Quantenprozessor mit ParityQC-Architektur. MAGIC steht für Magnetic Gradient Induced Coupling und ermöglicht die präzise Steuerung von Qubits durch eine günstige und miniaturisierbare Hochfrequenz-Technik. Dazu baut eleQtron die nötige Hardware des Quantenprozessors auf. ParityQC entwickelt ein Betriebssystem und hardwarespezifische Algorithmen für den Quantencomputer. Und NXP Semiconductors steuert die Sensoriklösungen und die Steuer- und Regelungselektronik, die für eine Einbettung in klassische Computer notwendig sind, bei.
Motivation
Das Konsortium verfolgt als übergeordnetes Ziel, Innovationen in Quantentechnologien gesellschaftlich nutzbar zu machen und in kommerzielle Anwendungen zu überführen. Beim Wettlauf um einen freiprogrammierbaren und fehlerkorrigierten Quantencomputer gelten gespeicherte Ionen als ein vielversprechender und etablierter Ansatz. Der vom Konsortium im Laufe des Projekts bereitgestellte Demonstrator basiert auf einem Prototyp von eleQtron, der für die Anwendungen im DLR weiterentwickelt, automatisiert und über Software-Schnittstellen zugänglich gemacht wird. Die ParityQC-Architektur erlaubt es, durch ihre hohe Parallelisier- und Modularisierbarkeit fehlerkorrigierte Quantencomputer zu bauen. NXP bringt seine Expertise aus der Systemelektronik in die Skalierung von Komponenten ein.
Herausforderung
Der Quantenprozessor funktioniert nach der MAGIC-Methode, bei der alle Qubits mittels Magnetfeldgradienten miteinander gekoppelt sind. Diese Methode erlaubt eine Kontrolle einzelner Qubits mit Hochfrequenzpulsen im Mikrowellenbereich, wodurch kommerzielle Signalquellen genutzt werden können. Durch die ParityQC-Architektur können Algorithmen effizient auf diesem Prozessor entwickelt werden, um Optimierungsprobleme aus verschiedenen Anwendungsbereichen zu lösen. NXP sorgt für die Anpassung von Systemelektronik. Nach bereits einem Jahr Projektlaufzeit erfolgt die Lieferung des Quantencomputers an das DLR-Innovationszentrum Hamburg. Der Demonstrator wird am Standort in einen automatisierten Betrieb übergeführt und steht dann für Anwendungen beim DLR zur Verfügung.
eleQtron
EleQtron ist ein 2020 gegründetes Spin-off aus dem Lehrstuhl für Quantenoptik der Universität Siegen. Das Start-up entwickelt, produziert, betreibt und vermarktet Rechenzeit auf Ionenfallen-basierten Quantencomputern. Der Quantencomputer-Hersteller baut sukzessiv leistungsstärkere Quantencomputer auf und bindet diese an die Cloud an. Die Technologie arbeitet ohne Laserlicht für Quantenlogikoperationen.
NXP Semiconductors Germany
NXP gehört zu den führenden Halbleiterunternehmen weltweit und kann auf Erfahrung und Expertise von mehr als 60 Jahren bauen. Am Standort Hamburg sind mit rund 900 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern vor allem Forschung, Entwicklung, Test und Marketing für mehrere Geschäftsbereiche ansässig. Die wichtigsten NXP Kompetenzzentren in Hamburg sind Sichere Vernetzte Mobilität, Cybersecurity, Industrie 4.0 und – neu – Quantencomputing.
Parity Quantum Computing Germany
Der Fokus von ParityQC liegt auf der Entwicklung von Bauplänen und Betriebssystemen für Quantencomputer. ParityQC arbeitet mit Hardwarepartnern weltweit zusammen, um gemeinsam Quantencomputer für Anwendungen zu bauen, die vom universellen, fehlerkorrigierten Quantencomputing bis hin zur Lösung von Optimierungsproblemen auf NISQ Geräten reichen. Für das DLR entwickelt ParityQC Architektur, Algorithmen und Betriebssystem.
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Auftragnehmer
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