PhotonQ

In diesem Projekt soll ein Prozessor für einen messbasierten, photonischen Quantencomputer entwickelt werden. Der messbasierte, photonische Quantencomputer beruht auf einem anderen Funktionsprinzip als die gatterbasierten Quantenrechner (die beispielweise auf supraleitenden Schaltkreisen oder auf Ionenfallen aufbauen). Aufgrund vorteilhafter physikalischer Eigenschaften bietet dieser Ansatz perspektivisch die Möglichkeit einer schnellen Skalierung auf praxisrelevante Qubit-Zahlen.

Für den in diesem Projekt geplanten messbasierten Quantenprozessor werden ein hochverschränkter photonischer Quantenzustand (sog. Cluster-Zustand) und problemspezifisch angepasste (adaptive) Messungen dieses Zustandes benötigt, um universelle Quantenrechnungen durchzuführen. Die Herausforderung liegt darin, einen solchen hochverschränkten Cluster-Zustand mit hoher Effizienz und Qualität herzustellen und zu verarbeiten. Hierbei sind vor allem optische Verluste im System so gering wie möglich zu halten. Gleichzeitig muss eine hohe Effizienz in der Erzeugung und der Detektion der Photonen gegeben sein. Dies erfordert die Entwicklung neuer oder wesentlich verbesserter Komponenten in allen Teilsystemen. Entsprechend sollen in diesem Projekt deterministische Photonenquellen, skalierbare Silizium-Photonik-Schaltkreise, bessere Verbindungstechnik und neuartige Einzelphotonendetektoren realisiert werden. Das in Stuttgart aufzubauende Gesamtsystem soll Quanteninformationsverarbeitung mit acht Qubits demonstrieren und die grundsätzliche Eignung des messbasierten, photonischen Funktionsprinzips für Quantencomputing nachweisen.

Der zu entwickelnde messbasierte Quantenprozessor soll die Realisierung von Quantenalgorithmen mit wenigen Qubits erlauben. So können geeignete Algorithmen und Anwendungen erforscht und insbesondere Unterschiede zwischen gatterbasierten und messbasierten Systemen untersucht werden.