Quantenchip von Oxford Ionics bricht Performance-Rekord
Ein englisches Start-up präsentiert einen Chip für Quantencomputer, der Qubits präziser kontrolliert als bisherige Systeme – und das ohne Fehlerkorrektur.
Quantenchip von Oxford Ionics
(Bild: Oxford Ionics)
Das englische Start-up Oxford Ionics hat einen neuen Quantenchip entwickelt, der Qubits mit Rekordpräzision kontrollieren soll. Der Chip basiert auf gefangenen Ionen und soll in industriellem Maßstab in Halbleiterfabriken hergestellt werden können. Ihre Ergebnisse präsentierte das Forscherteam auf dem Preprint-Server arXiv.
Quantencomputer bestehen aus winzigen Bausteinen, den sogenannten Qubits. Um stabile, leistungsstarke Quantenrechner zu konstruieren, ist es notwendig, Qubits präzise zu kontrollieren. Es gibt diverse Ansätze, Qubits herzustellen, die verschiedene Vor- und Nachteile mit sich bringen. Das Team von Oxford Ionics setzt auf Ionen, also geladene Atome, die über der Oberfläche eines Mikrochips festgehalten werden.
Hohe Kontrolle einzelner Atome
Der Vorteil von ionischen Qubits ist ihre hohe Kontrollierbarkeit. Ähnlich wie ein herkömmlicher Computer rechnet ein Quantencomputer, indem elementare Operationen durchgeführt werden. Diese Operationen sprechen entweder ein einzelnes oder zwei Qubits zur gleichen Zeit an. Man spricht in diesen Fällen von Ein- beziehungsweise Zwei-Qubit-Gattern. Um verlässliche Ergebnisse zu erhalten, müssen die Qubits präzise kontrolliert und die Quantengatter mit einer hohen Präzision ausgeführt werden. "Wenn man einen Quantencomputer baut, ist die Leistung genauso wichtig wie die Größe", sagt Oxford-Ionics-Mitgründer Tom Harty. "Die Erhöhung der Qubitzahl bedeutet nichts, wenn die Quantencomputer keine genauen Ergebnisse liefern."
Mit ihrem neusten Chip konnte Oxford Ionics den Branchenrekord für die niedrigsten Fehler bei der Ausführung von Ein- und Zwei-Qubit-Gattern brechen. Mit bis zu zehn Qubits erreichen sie dabei eine Zuverlässigkeit von 99,9992 beziehungsweise 99,97 Prozent. Somit gelang es Ihnen, die bisher beste Performance zu verdoppeln. Eine Fehlerkorrektur wurde nicht durchgeführt. "Diese Ergebnisse markieren einen entscheidenden Fortschritt im Ionenfallen-Quantencomputing und demonstrieren die Skalierbarkeit der Technologie", sagt Michael Cuthbert, Direktor des britischen National Quantum Computing Centre.
Mehr Qubits dank integrierter Elektronik
Die Skalierbarkeit war bisher eines der größten Probleme von Quantencomputern auf Basis gefangener Ionen. Üblicherweise kontrollieren Forscher die Ionen mit Lasern. Je mehr Qubits zusammenkommen, desto schwieriger wird es jedoch, einzelne Qubits gezielt mit Lasern anzusprechen. Oxford Ionics integriert die gesamte Elektronik für die Kontrolle der Ionen auf einem Siliziumchip und kommt dabei ohne Laser aus.
Die Ionen werden mithilfe elektrischer und magnetischer Felder, die von Elektroden auf der Oberfläche des Mikrochips erzeugt werden, gefangen und kontrolliert. Die Forscher nutzen erprobte Fertigungstechniken der Halbleiterindustrie und erhoffen sich so ihre Chips künftig in großem Maßstab in Halbleiterfabriken herstellen zu können. Dafür kooperieren sie mit dem Halbleiterhersteller Infineon aus Villach in Österreich. Der nächste Schritt sei, einen skalierbaren Quantenchip mit 256 Qubits zu fertigen.
Oxford Ionics wurde 2019 von den englischen Forschern Tom Harty und Chris Ballance gegründet. Das Team beschäftigt aktuell 55 Mitarbeiter und hat bereits 37 Millionen Pfund an Investitionen eingeworben. Vergangenen Februar erhielt das Unternehmen den Auftrag, für das britische National Quantum Computing Centre einen Quantencomputer zu entwickeln.
(spa)
