An der Universität Paderborn rechnet nun Europas größter Sampling-basierter Quantencomputer mit dem Namen PaQS (Paderborn Quanten Sampler). Am Fraunhofer Forschungsinstitut für Optik und Feinmechanik (IOF) in Jena soll in Zukunft ein zweites Gerät den Betrieb aufnehmen.

Zur Durchführung von Quantenberechnungen nutzen photonische Quantencomputer Licht. Andere Ansätze für Quantencomputing basieren beispielsweise auf supraleitenden Qubits oder gefangenen Ionen. Unter anderem sind die Vorteile photonischer Quantencomputern ein klarer Weg hin zur Skalierbarkeit und hohe Taktraten. Diese Anlagen haben den Vorteil, dass sie bei Raumtemperatur betrieben und in miniaturisierten, programmierbaren Schaltungen implementiert werden können.

Professorin Christine Silberhorn, Physikerin am Institut für Photonische Quantensysteme der Universität Paderborn, erklärt: "Aber sie haben mit optischen Verlusten zu kämpfen". "Diesem Problem stellen wir uns, indem wir auf die weltführende Expertise Deutschlands in der integrierten Photonik zurückgreifen. Uns ist es gelungen, einen sogenannten 'Gaußschen Boson Sampler' zu realisieren, der aus skalierbaren Bauelementen besteht. Dafür mussten viele Komponenten erst neu entwickelt werden. Dies ist ein aufwendiger Prozess".

Die Erzeugung einer bestimmten Quantenressource ist immer der Ausgangspunkt. "Bei dem Gaußschen-Bosonen-Sampling ist diese Ressource als 'Squeezing' oder 'gequetschtes Licht' bekannt, dessen quantenmechanische Eigenschaften manipuliert und damit nutzbar gemacht wurden. Die Fachgruppe Integrierte Quantenoptik an der Universität Paderborn hat eine lange Tradition in der Verwendung von optischen Wellenleitern, um hoch optimierte gequetschte Zustände zu entwickeln. Wir haben auf diese Expertise zurückgegriffen, um eine Lichtquelle zu produzieren, die die PaQS-Maschine antreibt." erläutert Silberhorn.

Laut den Angaben ist PaQS die größte Gaußsche-Boson-Sampling-Maschine Europas. Simpel ausgedrückt wird dabei gemessen, aus welchen Ausgängen eines photonischen Netzwerkes die Photonen kommen. Zudem soll das Gerät vollständig programmierbar sein.

Silberhorn weiter: "Das bedeutet ganz konkret, dass wir ein voll programmierbares und integriertes Interferometer verwenden, mit dem wir jede gewünschte Konfiguration umsetzen können. Bei diesem Ansatz werden Lichtteilchen in einem Netzwerk von Lichtwellenleitern — man kann sich das etwa als Weichennetz in einem Rangierbahnhof vorstellen — verteilt und gelenkt. Am Ausgang des Netzwerks misst man, wo die Photonen aus dem Netzwerk herauskommen. Relevant könnte das zum Beispiel für die Lösung von Proteinfaltungsproblemen oder die Berechnung molekularer Zustände im Rahmen der Medikamentenforschung sein". Das System wird aktuell erweitert, um komplexere Berechnungen zu ermöglichen und als Grundlage für Untersuchungen zu zukünftigen Geräten zu dienen.

(ts, hannover)

(siehe auch: Heise-News-Ticker)

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