Zum World Quantum Day: Was bringen immer mehr Qubits?
Seite 2: Supraleiter als Platzhirsch
Bei der praktischen Implementierung von Quantencomputern gibt es aber diverse offene Fragen: Welche physikalischen Systeme eignen sich am besten für den Bau eines Quantencomputers? Wie können Fehler in Quantensystemen korrigiert werden? Und wie kann man einen Quantenrechner außerhalb eines hoch spezialisierten Labors betreiben, der nur bei Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt arbeitet – und das auch noch wirtschaftlich? Auf all diese Fragen haben verschiedene Entwickler natürlich auch verschiedene Antworten.
IBM setzt auf supraleitende Technologie mit sogenannten Transmon-Qubits. Ein Transmon ist so etwas wie ein Schwingkreis, ein Schaltkreis, der relativ leicht herzustellen und zu manipulieren ist. Die Qubits sind über Mikrowellen-Leiter verbunden, damit man sie in eine Verschränkung bringen kann. Aber sie sind extrem störanfällig – durch Wärme, Radioaktivität oder sogar kosmische Hintergrundstrahlung – und je mehr Leitungen man auf dem Chip hat, desto mehr Störungen gibt es. Die Skalierung solcher Systeme ist nicht einfach. Man muss die Qubits extrem kühlen und man braucht für jedes effektive Qubit zusätzliche physikalische Qubits, um Informationen überhaupt auslesen zu können.
IBM versucht, diese Probleme mit einer sogenannten Heavy-Hex-Anordnung auf dem Chip in den Griff zu bekommen. Die Qubits werden in einer Art Hexagon angeordnet, in dem ein Qubit nur maximal drei Nachbarn haben kann. „Das hat für uns viele Vorteile“, sagt Birgit Schwarz, Quantum-Programmdirektorin bei IBM DACH. „Es ist eine gute Balance zwischen der Möglichkeit zur Ansteuerung und Verschränkung von Qubits und der Vermeidung von Cross-Talk zwischen ihnen.“ Bisher bestand immer die Gefahr, dass bei der Ansteuerung eines einzelnen Qubits auch ein Nachbarqubit angeregt wird. Das Konzept der Heavy-Hex-Weise ist auch die Basis des Eagle-Chip, der Schlagzeilen machte, weil er mit 127 Qubits als Erster die 100er-Marke überschritt. Darauf aufbauend, mit Fortschritten in der Fertigungs- und Kühltechnologie, soll der 433-Qubit-Chip „Osprey“ im Jahr 2022 auf den Markt kommen, der 1121-Qubit-Chip „Condor“ steht auch schon auf der Roadmap.
