PtQube

Ziel des Projektes ist es, eine neuartige, für potentielle Anwender attraktive Experimentierplattform für solche Quantum Computing Anwendungen zu schaffen, die für ihre Funktion sehr tiefer Temperaturen nahe des absoluten Nullpunktes bedürfen. Dies trifft derzeit auf nahezu alle der am weitesten fortgeschrittenen Quantencomputer zu, da diese aus supraleitenden Schaltungen bestehen.

Die Plattform soll leicht bedienbar, wartungsarm und dabei kostengünstig sein und es Interessenten aus Industrie und Forschungsinstituten erlauben, sich mit den einfachen Funktionen einer Quantenschaltung vertraut zu machen, ohne die beträchtlichen Kosten aufbringen zu müssen, wie sie bislang zum Betrieb solcher hochempfindlicher, supraleitender Quantensysteme erforderlich sind. Dies soll erreicht werden, indem ein Betrieb weitgehend ohne die sonst für derart tiefe Temperaturen notwendige, spezielle Infrastruktur und insbesondere ohne schwierig zu handhabende kryogene Flüssigkeiten, wie etwa flüssiges Helium, ermöglicht wird.

Der Zugang zu nutzerfreundlichen Experimentierplattformen ist ein Schlüsselelement, das es Informatikern und Technikern erlaubt, sich mit den Eigenheiten eines Quantencomputers frühzeitig vertraut zu machen und eine praxisnahe Umgebung aus Soft- und Hardwareschnittstellen zu entwickeln, noch bevor praktisch einsetzbare, voll funktionsfähige Quantencomputer zur Verfügung stehen und ohne dass die derzeit enormen Kosten für die Herstellung und den Betrieb größerer Quantenschaltkreise von mehreren zehn Qubits aufgebracht werden müssen.

Das Projekt zielt darauf ab, in Deutschland vorhandenes Know-How im Bereich der supraleitenden Qubits mit neuen Technologien aus der Elektronik und der Kryotechnik zu vereinen. Die enormen Fortschritte bei der Entwicklung von künstlichen zwei-Niveau-Quantensystemen (Qubits) auf der Basis von supraleitenden Schaltkreisen haben in den vergangenen zwei Dekaden zu einer Erhöhung derer Lebenszeit über mehrere Größenordnungen geführt und so einen realisierbaren Weg eröffnet, diese Technologie für Qubit-Algorithmen einzusetzen. Als herausragende Qualitäten sind neben der langen Lebenszeit das große Potential bei der Skalierbarkeit einzelner Qubits und die vergleichsweise einfache Herstellung zu nennen. Diese Qubits neuester Generation sollen mit einer modernen Kryotechnik betrieben werden, die weitestgehend automatisierbar und vollständig frei von kryogenen Flüssigkeiten ist. Eine neu entwickelte Qubit-Steuer-Auslese-Elektronik auf der Basis von hochintegrierten field programmable gate arrays (FPGA) erlaubt darüber hinaus eine enorme Kostenersparnis gegenüber konventionellen Techniken. Zugleich eröffnet die im Vergleich zu klassischen Laboraufbauten funktional höhere Integrationsdichte neue Möglichkeiten, komplexere Qubit-Schaltkreise und Algorithmen zu implementieren.

Mit dem Fernziel eines leicht einsetzbaren, supraleitenden oder halbleitenden Quanten-Computers, ist es mit der zu entwickelnden Plattform möglich, dem Anwender langfristig eine abstrakte Qubit-Architektur bereitzustellen, auf der er seine Qubit- Algorithmen ohne oder mit nur geringen Kenntnissen der verwendeten Hardware ausführt.