SPINNING – Quantencomputer auf Basis von Spin-Qubits in Diamant

Ziel des Verbundprojekts »SPINNING« (Diamond spin-photon-based quantum computer) ist die Erforschung und Demonstration eines Quantencomputers »Made in Germany« sowie die Entwicklung einer Peripherie, die notwendig ist, um den Quantencomputer an herkömmliche Computersysteme anzubinden. Der kompakte, skalierbare Quantenprozessor basiert auf Spin-Qubits in Diamant. Im Vergleich zu heutigen Quantencomputern zeichnet sich die geplante Hardware sowohl durch längere Operationszeiten und kleinere Fehlerraten als auch durch einen geringen Kühlbedarf aus. Der geplante Quantenprozessor soll zunächst mit 10, später mit 100 Qubits und mehr rechnen können und wäre damit auch in der Lage, die Produkte komplexer quantenchemischer Reaktionen zu prognostizieren.

Das Verbundprojekt »SPINNING« nutzt das gesamte wirtschaftliche und wissenschaftliche Know-how von sechs Universitäten, zwei gemeinnützigen Forschungseinrichtungen, fünf industriellen Unternehmen (KMU und Spin-offs) und vierzehn assoziierten Partnern (zehn davon sind Unternehmen), die hochaktiv auf dem Gebiet der vorwettbewerblichen Hardware-, Firmware- und Software-Entwicklung sind.

Die Projektpartner arbeiten in »SPINNING« an einem Design, das sich durch ein neuartiges vernetztes, hybrides Konzept auszeichnet, das eine noch nie dagewesene Konnektivität und eine flexible Konfigurierbarkeit bietet. Zudem ist der Quantenprozessor in der Lage mit geringem Kühlbedarf zu arbeiten und hat damit das Potenzial, in unmittelbarer Nähe herkömmlicher Computersysteme implementiert zu werden.

Lokale Register von fünf Qubits werden durch Kopplung von Spins an photonische Resonatoren realisiert, was Kohärenzzeiten von Minuten und gleichzeitig eine hohe Konnektivität innerhalb jedes Registers ermöglicht. Diese Register werden über optische Netzwerke zu einem Quantenprozessor verbunden, der einen universellen Quantencomputer mit einer voll programmierbaren Konnektivität der Register ermöglicht. Auf diese Weise können 2-Qubit-Gatter sowohl lokal, innerhalb eines Registers, als auch global, zwischen zwei Registern, implementiert werden. Mit dieser Architektur kombinieren die Forscherinnen und Forscher drei wesentliche Vorteile eines Festkörper-basierten Spin-Photonen-Systems: hervorragende Quantenkontrolle, ultralange Kohärenzzeit und starke Spin-Photonen-Kopplung.

Das Projekt wird vom BMBF gefördert.