VERTICONS

Die technischen Plattformen für Quantencomputer unterscheiden sich im Hinblick auf ihre physikalischen Grundelemente sehr stark. Es gibt Konzepte für supraleitende Schaltkreise, künstliche Atome in Festkörpersubstraten und lasergekühlte Ionen oder Atome in miniaturisierten Fallen. Für den Sprung vom Forschungslabor zur Anwendbarkeit müssen diese Konzepte auf ein solides technisches Fundament gestellt werden. Dazu wiederum müssen insbesondere die „klassischen“ Technologiekomponenten, die ebenfalls Bestandteil aller dieser Quanten-Plattformen sind, Eigenschaften aufweisen, die industrielle Voraussetzungen erfüllen: Bedienbarkeit, Erweiterungsmöglichkeiten, Dokumentation, Leistungsfähigkeit und geringer Wartungsaufwand. Dies betrifft insbesondere die Kontroll- und Steuerelektronik, die für die Funktion aller dieser Quantenbauelemente erforderlich ist.

Sämtliche Anwendungen und Plattformen für Quantentechnologie benötigen immer auch leistungsfähige Kontrolleinheiten, d. h. Hard- und Software, welche die komplexen Abläufe von verschiedensten Kontrolloperationen und Messungen auf den erforderlichen sehr kurzen Zeitskalen präzise steuert. Bislang wird auch diese technische Peripherie von den Forschern überwiegend selbst entworfen und aufgebaut. Es entsteht in den verschiedenen Labors eine Vielzahl an Einzelstücken, die jeweils den Anforderungen des konkreten experimentellen Aufbaus genügen, jedoch nicht ohne weiteres für andere Versuchsanordnungen verwendbar sind. Standards existieren noch nicht, Know-how wird nur begrenzt weitergegeben.

Das angestrebte Hauptziel des Projekts ist die Bereitstellung einer vollständigen, zusammenhängenden, dokumentierten und getesteten Quantenkontrollarchitektur. Dazu gehören ein flexibles Echtzeitkontrollsystem und das entsprechende Softwaredesign für automatisierte Kontrollstrategien. Die Kontrollarchitektur soll für Bewegungs-, Gatter- und Ausleseoperationen an Multi-Qubit-Registern auf Basis gefangener Ionen überprüft werden; die Tests sollen anhand konkreter Anwendungen aus der Forschung erfolgen.

Die Innovation soll hier insbesondere in der experimentellen Realisierung von adaptiven Kontrollsequenzen bestehen, d. h. Messungen während der Sequenz sollen wiederum die Kontrollabfolge beeinflussen. Die Kontrolle soll sowohl Gatter- als auch Bewegungsoperationen einschließen und muss in Echtzeit erfolgen, mit Reaktionszeiten im Mikrosekundenbereich oder darunter.

Das Erreichen eben dieser kurzen Reaktionszeiten stellt eine besondere technische Herausforderung dar – die Wartezeit zwischen Messungen und der Rückwirkung auf das System muss einerseits definiert, andererseits möglichst gering sein. Genau dies macht den Einsatz von moderner hochintegrierter Elektronik (sog. System-on-Chip) unabdingbar und erfordert auch die Entwicklung von speziellen Datenformaten und Kommunikationsprotokollen.
Die Verwertung soll neben der wissenschaftlichen Nutzung primär in der direkten Vermarktung des resultierenden Systems bestehen.