SiUCs

Supraleitendende Quantenschaltkreise bilden eine der vielversprechendsten Plattformen für die Entwicklung von Quantencomputern. Physikalische Grundlage dieser Technologie ist die Kontrolle der starken Licht-Materie-Wechselwirkung.
In supraleitenden Quantenschaltkreisen werden Mikrowellenphotonen für die gesamte Quanteninformationsverarbeitung verwendet, beispielsweise für die Manipulation und Auslese von Quanten Bits (Qubits) sowie für Qubit-Qubit-Wechselwirkung. Zur Beschreibung der Licht-Materie-Wechselwirkung wird in der Regel die Quantenoptik herangezogen. Demnach ist die Kopplung zwischen Licht und Atomen nur schwach und die Zustandsänderung von Atomen geschieht bei Manipulation nur langsam.
Das Verbundvorhaben SiUCs verfolgt nun einen radikal neuen Ansatz für Qubits, bei dem sehr starke Licht-Materie-Kopplung genutzt wird. Mit dem Ansatz dieser ultrastarken Kopplung werden sich die Qubits wesentlich schneller manipulieren lassen, wodurch sich die Rechentiefe eines Quantencomputers deutlich erhöhen lässt.

Zur Realisierung des Ansatzes der ultra-starken Kopplung wird eine Architektur auf Basis von sogenannten Superinduktivitäten entwickelt. Resonatoren und Koppler, die aus solchen Komponenten aufgebaut sind, weisen im Mikrowellenbereich Impedanzen nahe dem Quantenwiderstand auf (RQ ~ 6.5 kOhm), was eine Verstärkung der Licht-Materie-Wechselwirkung und gleichzeitig weniger Verluste ermöglicht.

Neben der Entwicklung und den Tests der Hardware-Elemente werden neue Modelle entwickelt, die die Licht-Materie-Wechselwirkung im ultra-starken Regime beschreiben. Außerdem soll ein Mikrowellen-Einzelphotonendetektor entwickelt werden, ein noch fehlendes Element in der supraleitenden Quantenschaltkreis-Toolbox. Abschließend sollen diese Modelle mittels der entwickelten Quantensimulatoren untersucht werden.