SPINNING
Diamond spin-photon-based quantum computer – Spin-Photon-basierter Quantencomputer auf Diamantbasis
SPINNING
Der Quantenprozessor in »SPINNING« arbeitet mit geringem Kühlbedarf.Bild: Adobe Stock/James Thew
Motivation
Quantencomputer haben das Potenzial, Rechenprobleme zu lösen, die klassische Computer nur mit Vereinfachungen, Näherungen oder sehr langen Rechenzeiten lösen können. Der Unterschied ist die Rechenweise der Systeme: klassische Computer rechnen mit einzelnen Bits, die genau zwei Zustände (Null oder Eins) annehmen können. Quantencomputer arbeiten hingegen mit sogenannten Qubits. Diese können nicht nur wie Bits die Werte 0 oder 1 annehmen, sondern potenziell auch alle Werte dazwischen. So können schon wenige Qubits mit enorm vielen Variablen simultan rechnen und komplexe Aufgaben parallel statt linear berechnen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Vorgänge auf molekularer Ebene simulieren, auf Basis derer neue Impulse z. B. für die Materialwissenschaft, Medizin und die industrielle Chemie entstehen können.
Ziele und Vorgehen
Im Verbundprojekt »SPINNING« soll ein Demonstrator für einen Quantencomputer »Made in Germany« entwickelt werden sowie die Peripherie, die notwendig ist, um den Quantencomputer an herkömmliche Computersysteme anzubinden. Der zu entwickelnde Quantenprozessor soll dabei auf Spin-Qubits in synthetischem Diamant basieren. Dazu werden gezielt implantierte Stickstoffatome (NV-Zentren) im Diamantgitter genutzt, die als Rechnerknoten fungieren. Im Projekt sollen die Quanteneigenschaften zwischen einzelnen Rechnerknoten durch Licht übertragen werden. Dadurch soll auch die Grundlage für eine spätere Skalierung gelegt werden (der geplante Quantenprozessor soll zunächst mit bis zu 10 Qubits arbeiten). Perspektivisch ist das Ziel, die Produkte komplexer quantenchemischer Reaktionen mit dem zu entwickelnden Quantenprozessor zu berechnen. Im Vergleich zu heutigen Quantencomputern zeichnet sich die geplante Hardware nicht nur durch längere Operationszeiten und kleinere Fehlerraten aus, sondern auch durch einen geringen Kühlbedarf.
Innovation und Perspektiven
Ziel der Arbeiten ist es u. a. den zuverlässigen Betrieb eines innovativen Quantencomputers sicherzustellen und eine Peripherie zu schaffen, um die Rechenleistung für eine breite Gruppe von Anwendern z.B. per Cloud-Computing zur Verfügung zu stellen. Dadurch soll ein wichtiger Beitrag zur Stärkung des Quantencomputing-Ökosystems in Deutschland und Europa geleistet werden.
Projektdetails
Projektlaufzeit:
01.01.2022 - 31.12.2024
Projektvolumen:
18,1 Mio. Euro (zu 89,8 % durch das BMBF gefördert)
Projektkoordination
Prof. Dr. Rüdiger Quay
Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF)
Freiburg
Projektpartner
Freiburg / Germany
münchen / Germany
Jülich / Germany
Karlsruhe / Germany
Konstanz / Germany
Heidelberg / Germany
Garching / Germany
Stuttgart / Germany
Ulm / Germany
Freiburg im Breisgau / Germany
Ulm / Germany
Karlsruhe / Germany
Stuttgart / Germany
Stuttgart / Germany
Übergeordnete Maßnahme
