In neue Veröffentlichung veröffentlicht in Nature Electronics, haben finnische Forscher eine Schaltung entwickelt, die die hochwertigen Mikrowellensignale erzeugt, die benötigt werden, um einen Quantencomputer zu steuern, während er bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt fliegt. Dies ist ein wichtiger Schritt, um das Betriebssystem näher an den Quantenprozessor zu bringen, wodurch die Anzahl der Qubits im Prozessor deutlich erhöht werden kann.

Einer der Faktoren, der die Größe von Quantencomputern begrenzt, ist der Mechanismus, der zur Steuerung der Qubits in Quantenprozessoren verwendet wird. Diese Steuerung wird typischerweise unter Verwendung einer Reihe von Mikrowellenimpulsen durchgeführt, und da Quantenprozessoren bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt arbeiten, werden Steuerimpulse typischerweise über Hochgeschwindigkeitsdrähte an die gekühlte Umgebung gesendet.

Mit der Anzahl der Qubits steigt auch die Anzahl der Drähte. Dies begrenzt die potenzielle Größe eines Quantenprozessors, da der Kühlschrank, der die Qubits kühlt, größer werden muss, um mehr Drähte aufzunehmen, während er härter arbeiten muss, um sie zu kühlen, was eine Sackgasse ist.

Ein Forschungskonsortium bestehend ausAalto-Universität, von Finnisches Forschungszentrum für Mountainbikes, und D‘IQM Quantencomputer habe gerade ein Schlüsselelement entwickelt, um dieses Rätsel zu lösen. „Wir haben eine Präzisions-Mikrowellenquelle gebaut, die bei der gleichen ultraniedrigen Temperatur wie ein Quantenprozessor arbeitet, also etwa -273 Grad“, sagte der Teamleiter. Mikko Mttten, Professor an der Aalto-Universität und am finnischen Technischen Forschungszentrum VTT sowie Mitbegründer und wissenschaftlicher Direktor von IQM.

Die neue Mikrowellenquelle ist ein Gerät auf einem Chip, das in einen Quantenprozessor integriert werden kann. Dadurch werden Hochfrequenz-Steuerkabel, die bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden, überflüssig und darf einen Millimeter nicht überschreiten. Mit dieser Mikrowellenquelle niedriger Intensität und niedriger Temperatur ist es möglich, einen kleineren Kryostaten zu verwenden, während die Anzahl der Qubits im Prozessor erhöht wird.

„Unser Gerät produziert hundertmal mehr Leistung als die Vorgängerversion, was ausreicht, um die Qubits zu steuern und quantenlogische Berechnungen durchzuführen“, erklärt Möttnen. „Es erzeugt eine sehr präzise Sinuswelle, die mehr als eine Milliarde Mal pro Sekunde schwingt. Daher sind Fehler in den Qubits der Mikrowellenquelle sehr selten, was ein wichtiger Faktor bei der Durchführung präziser quantenlogischer Berechnungen ist.“

Kontinuierliche Mikrowellenquellen, wie sie von diesem Gerät erzeugt werden, können jedoch nicht zur Steuerung der Qubits verwendet werden. Mikrowellen müssen zunächst in Impulse umgewandelt werden. Das Team entwickelt derzeit eine Methode, um eine Mikrowellenquelle schnell zu unterbrechen und neu zu starten.

Auch ohne Schaltlösung zur Erzeugung von Pulsen erweisen sich effiziente, leise und Niedertemperatur-Mikrowellenquellen in verschiedenen Quantentechnologien wie Quantensensoren.

„Neben Computern und Quantensensoren können Mikrowellenquellen als Uhren für andere elektronische Geräte fungieren. Dadurch können verschiedene Elemente auf dem gleichen Niveau gehalten werden, sodass sie Berechnungen für mehrere Qubits mit perfekter Synchronisation anstoßen können“, sagt Möttnen.

Die theoretische Analyse und der Vorentwurf wurden durchgeführt von Juha Hassel und andere Mountainbike-Forscher. Hassel, der diese Arbeit bei VTT initiiert hat, ist derzeit Leiter der Technik und Entwicklung bei IQM Quantum Computers, dem europaweit führenden Anbieter von Quantencomputern. Das Gerät wurde dann am VTT hergestellt und von Postdoktoranden getestet Chengyu Yan und Kollegen der Aalto University mit der Forschungsinfrastruktur OtaNano. Yan ist derzeit Associate Professor an der Huazhong University of Science and Technology, China. Die an der Forschung beteiligten Teams waren Teil der Finnischen Akademie für Exzellenz in Quantentechnologie und des Finnischen Instituts für Quantenforschung (InstituteQ).

Originaler Forschungsartikel

Chengyu Yan, Juha Hassel, Visa Vesterinen, Jinli Zhang, Joni Ikonen, Leif Grnberg, Jan Goetz und Mikko Mttnen, Kohärente Mikrowellenquelle auf dem Chip mit geringem Rauschen, Natürliche Elektronik, DOI:10.1038/s41928-021-00680-z (2021)

https://doi.org/10.1038/s41928-021-00680-z (Link zugänglich nach Aufhebung des Embargos)

Vordruck ist erhältlich unter: https://arxiv.org/pdf/2103.07617

Weitere Fotos finden Sie im Informationszentrum: https://materialbank.aalto.fi/l/sjcg87sHxFfR

Propos d’IQM Quantencomputer

IQM ist ein europaweit führender Anbieter von Quantencomputing.

IQM bietet Quantencomputing-Funktionen vor Ort für Forschungslabors und Supercomputing-Rechenzentren und bietet vollen Zugriff auf seine Hardware-Infrastruktur. Für Industriekunden liefert IQM seinen Quantenvorteil durch einen anwendungsspezifischen kombinierten Designansatz.

IQM baut mit VTT Finnlands ersten 54-Qubit-Quantencomputer, und ein von IQM geleitetes Konsortium (Q-Exa) baut in Deutschland einen Quantencomputer, der in den HPC-Supercomputer integriert werden soll, um Beschleuniger für die zukünftige wissenschaftliche Forschung zu schaffen. IQM hat Niederlassungen in Bilbao, München und Espoo und beschäftigt mehr als 130 Mitarbeiter. Weitere Informationen zu: www.meetiqm.com

Der Text einer Pressemitteilung, der sich aus einer Übersetzung ergibt, sollte in keiner Weise als offiziell angesehen werden. Die einzige Originalversion der Pressemitteilung ist die Pressemitteilung in der Originalsprache. Übersetzungen müssen immer mit dem Ausgangstext abgeglichen werden, was einen Präzedenzfall schafft.

Pressemitteilung vom 10.12.2021, 21:30 Uhr und verteilt von: