SUMO

Das 21. Jahrhundert wird bestimmt durch Information und wie wir diese verarbeiten können. Die rasante Entwicklung der Computertechnologie in den letzten 50 Jahren hat dies möglich gemacht. Aber es gibt immer noch wichtige Aufgaben, die selbst die leistungsstärksten Computer nicht lösen können.

Dafür sollen Quantencomputer entwickelt werden. Quantencomputer nutzen neue Konzepte, Information zu verarbeiten, und Architekturen, die auf den Prinzipien der Quantenmechanik beruhen. Durch die Nutzbarmachung quantenmechanischer Effekte, die in Atomen und Molekülen natürlich auftreten, können Quantenprozessoren für einige spezielle Aufgaben extrem leistungsstark werden. Um solche Aufgaben schneller und besser bearbeiten zu können als moderne Hochleistungsrechner, müssen Quantenprozessoren aber eine minimale Stufe der Komplexität erreichen. Sie müssen Mindestzahlen von Quantenbits, kurz „Qubits“, auf komplexe Weise miteinander vernetzen. Die Skalierung eines Quantencomputers auf diese Stufe ist eine große Herausforderung, denn mit zunehmender Größe wird das System vermehrt äußeren Störungen ausgesetzt sein. Trotzdem muss eine hohe Kohärenz und geringe Fehlerrate der Quantenrechnungen gewährleistet sein.

Das SUMO Projekt erforscht eine grundlegend neue hybrid Architektur, in der Qubits in speziell hergestellten magnetischen Molekülen, die durch supraleitende Schaltkreise vernetzt sind. Die Moleküle verhalten sich auf natürliche Weise quantenmechanisch, sind hochreproduzierbar und können in großer Anzahl auf kleinstem Raum platziert werden.

Ihr quantenmechanisches Verhalten kann sehr genau eingestellt werden. So können mittels chemischer Verfahren ihre Zusammensetzung, ihre Struktur und ihre physikalische Eigenschaften verändert werden. Auf diesem Weg sollen in diese Moleküle magnetische Ionen eingebettet werden, welche die quantenmechanische Eigenschaft des Spins besonders deutlich zeigen.

Das Ziel ist es, funktionsfähige Qubits zu erzeugen, indem drei bis neun Spins in einzelnes Molekül eingebettet werden. Die Verbindung zwischen den Molekülen wird dann durch Mikrowellenresonatoren auf Basis supraleitender Schaltkreise hergestellt. Diese Hybridarchitektur ermöglicht den Bau skalierbarer Quantencomputer. Im Projekt werden konkrete Design-Richtlinien für die Verbindung zwischen Molekülen und elektronischen Leitungen auf atomarer Ebene abgeleitet. Diese sind ausschlaggebend für die technologische Entwicklungen von Einzelmolekül-Elektronik und die hier vorgeschlagene, magnetische Quantenprozessor-Architektur.