Katzenbilder gehen immer: Kennen Sie diese physikalische Theorie mit der Katze? Im einen Moment ist sie ganz sicher mausetot, im n?chsten dann jedoch quicklebendig. Und angeblich irgendwie jederzeit auch beides gleichzeitig! Jedoch nur… solange Schr?dinger nicht nach ihr schaut. Genau, die Quantenmechanik. Die Unterscheidung zwischen "tot" und "lebendig" beschreibt auch gut, wie unser digitales Leben in Maschinen umgesetzt wird: Unsere smarten Ger?te prozessieren enorme Datenmengen in Form von teils endlosen Aneinanderreihungen bin?rer Informations-Bits: 1 - Katze lebt, 0 - Katze tot. 百利宫_百利宫娱乐平台￥官网e beiden Zust?nde sind in der heutigen (klassischen) Technologie jederzeit klar definiert und k?nnen deshalb nur der Reihe nach, stoisch, Bit für Bit verarbeitet werden. Wenn nun aber gem?? Schr?dinger die Informationen "Katze lebt" und "Katze tot" zu jedem Zeitpunkt der Datenverarbeitung gleichzeitig, überlagert, vorl?gen? K?nnten wir diese Informationen dann in Form eines quantenmechanischen Bits – des Qubits – gleichzeitig statt der Reihe nach verarbeiten? Prinzipiell sollten in derartigen ?berlagerungen in der Tat mehrere Zustandswerte parallel gespeichert und auch prozessiert werden k?nnen. Aber welches Ergebnis erhalten wir beim Auslesen dieser ?berlagerungen, also wenn Schr?dinger nach der Katze schaut? Hier liegt tats?chlich der Clou, der ausmacht, ob sogenanntes Quantencomputing ein Luftschloss oder eine Revolution darstellt.
In diesem Zusammenhang unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das Teilvorhaben "Charakterisierung von Qubits und Quantenprozessoren" der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Dominique Bougeard an der UR mit 1,2 Millionen Euro im Rahmen der F?rderma?nahme "Quantenprozessoren und Technologien für Quantencomputer". Das Vorhaben der UR wird im Projektverbund "Halbleiter-Quantenprozessor mit shuttlingbasierter skalierbarer Architektur" (QUASAR) mit sieben weiteren Partnern durchgeführt. Der Verbund, der am 18. Februar 2021 zu einem virtuellen Kick-off-Meeting zusammentrifft, wird vom BMBF mit knapp 8 Millionen Euro, zun?chst über eine Laufzeit von vier Jahren, gef?rdert.
Doch warum f?llt im Zusammenhang mit Quantencomputing seit etwa drei Jahren h?ufig der Begriff "disruptive Technologie"? Obwohl es Computer nicht generell verbessern wird, wurden in den vergangenen 35 Jahren theoretisch mehrere Computing-Problemklassen identifiziert, in denen die Informationsverarbeitung mit Qubits signifikant schneller als mit klassischen Bits ablaufen sollte. Spannend ist nun, dass damit genau Bereiche adressiert werden, in denen klassisches Computing aufgrund riesiger Datenmengen heutzutage an grunds?tzliche Grenzen st??t: Big Data, künstliche Intelligenz, Kryptographie und Quantensimulationen. Komplexere Moleküle und Festk?rper deutlich realit?tsgetreuer als derzeit m?glich quantenmechanisch modellieren zu k?nnen, würde beispielsweise der Materialforschung, der Biotechnologie und auch der Medikamentenforschung v?llig neue Perspektiven und Entwicklungsfelder er?ffnen.
Das Feld des Quantencomputing ist aktuell mit dem klassischen Computing in den 1960er und 70er Jahren vergleichbar: Um das enorme Potential umzusetzen, muss zun?chst eine Hardware erfunden werden – m?glichst mit einer technologischen Vision, um Prozessoren kontinuierlich mit einer wachsenden Zahl an Qubits weiter zu entwickeln. Idealerweise bis zu mehreren Millionen. Aufgrund der extremen Empfindlichkeit quantenmechanischer Systeme und der Gr??enskalen, auf denen gearbeitet wird (100 Milliardstel eines Meters), stehen noch keine industriellen Prozesse für Quantenprozessoren zur Verfügung und der Betrieb derartiger Prozessoren bedarf erheblicher Beitr?ge der Grundlagenforschung. Tats?chlich ist noch nicht einmal absehbar, welche Materialien das beste Gesamtpaket für den Bau eines Quantencomputers bieten werden. Die aktuell ausgereiftesten Prototypen, mit 50 bis 80 Qubits, wurden beispielsweise kürzlich mit sogenannten supraleitenden Qubits demonstriert. Deren Skalierung hin zu deutlich gr??eren Qubitzahlen ist jedoch ungekl?rt. Der BMBF-Verbund QUASAR verfolgt ein anderes, ?u?erst vielversprechendes Konzept: sogenannte Spinqubits in Halbleitern. Unter direkter Einbindung der Halbleiterindustrie soll eine Mikroarchitektur ohne geometrische Skalierungsgrenzen auf der Quantenebene implementiert und demonstriert werden. Innerhalb des Verbundes sind alle Stufen des Entwicklungsprozesses, von der Materialherstellung bis hin zur Demonstration der Prozessorfunktionalit?t, eng verzahnt. Die Gruppe um Professor Bougeard an der UR wird ihre langj?hrige Expertise in der Herstellung und Implementierung von Spinqubits in Silizium, in Kooperation mit Forschungszentrum Jülich, insbesondere in der Manipulation und Validierung dieser neuartigen Quantenprozessorchips einbringen. Die weiteren Partner im Verbund sind Infineon Dresden Technologies, HQS Quantum Simulations, IHP, die Universit?t Konstanz, das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festk?rperphysik und das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung.
