Quantencomputer-pionierarbeit: eth-zürich entwickelt innovatives design
Die Rennen um leistungsfähigere Quantencomputer hängen nicht allein von der Erstellung besserer Qubits ab. Microsoft hat bereits mit Mejorana 2 bewiesen, dass es auch in Spanien gelingt, solche Chips zu entwickeln, die fast am absoluten Nullpunkt temperaturstabil sind. Dennoch bleibt eines der größten Herausforderungen dieser Technologie, dass sie in kompakter Form ihre Potenz behalten muss. Glücklicherweise eröffnet ein neuerer Forschungsfortschritt der ETH Zürich den Weg zu einer völlig neuen Architektur für Quantenrechnen. Die Idee erinnert an die Funktionsweise einer Gitarre, da sie auf mikroskopische mechanische Schwingungen setzt, um Informationen zu speichern.
Neue akustik-qubits auf dem prüfstand
Das neue Projekt ist ein wichtiger Schritt für die Branche, weil es so einfach wie komplex ist. Die Idee besteht darin, das Verhalten von Schwingungen mechanischer Art genauso auszunutzen wie eine Gitarrensaite eine bestimmte Note aufrechterhält, abhängig von wie sie vibriert. Das von dem ETH-Zürich-Team innerhalb des Hybrid Quantum Systems geführte Entwicklungsprojekt erläutert, dass es dank mehrerer Schwingungsmodi ist, die die notwendigen Daten repräsentieren und anwendbar sind in der Quantenmechanik. Hier wird ein supraleitender Transmon-Qubit eingesetzt, bei dem alle Last auf einen akustischen Resonator für Hochfrequenz-Ton (HBAR) übertragen wird.
Die Interaktion zwischen Quantenprozessor und Quantenpeicher liefert eine entscheidende Grundlage, um Quantencomputer als leistungsfähige und zuverlässige Werkzeuge für die Lösung von Berechnungen zu etablieren, die mit herkömmlichen Computern nicht möglich sind.
Neue architektur ermöglicht flexiblem speicher
Demzufolge funktioniert das gesamte System als eine sort of CPU, weil es verschiedene Modi für die Speicherkapazität berücksichtigt, die als unabhängige Speicherbereiche angesehen werden können. Dank dieser Faktoren kann das Qubit den Zustand verarbeiten, ändern und erneut in den Speicher schreiben. Dies bedeutet eine Trennung zwischen dem Prozessieren und dem Speichern, die in heutigen Quantenarchitekturen noch nicht so klar getrennt ist.
Die ETH Zürich hält dies für einen entscheidenden Fortschritt, um die Flexibilität des Systems zu verbessern und eine vielversprechende Grundlage für zukünftige Supercomputer zu schaffen.
Warum diese technologie die zukunft der quantenrechnung verändern könnte
Im Kontext, in dem Künstliche Intelligenz, Datenzentren und Supercomputer zu den technologischen Säulen werden, könnte das Projekt der ETH Zürich tatsächlich die Quantenrechnung revolutionieren. Eine der beeindruckendsten Eigenschaften dieser neuen Architektur sind die Schwingungen, die etwa 100.000 Mal kürzer sind als diejenigen elektromagnetischer Wellen, die in ähnlichen Systemen sonst verwendet werden. Genauer gesagt, misst das Modell 7,5 Millimeter Länge, 2,5 Millimeter Breite und 1 Millimeter Höhe – etwa so breit wie ein Fingernagel. Trotz solcher Verkleinerung kann es dennoch seine hohe Leistung aufrechterhalten und hat erfolgreich zwei oft in der Quantenrechnung eingesetzte Tests durchlaufen: die Fourier-Transformation und die Suche nach Perioden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass dies der erste Schritt hin zu einer quantenmechanischen Speicherung mit zufälligem Zugriff (QRAM) für zukünftige Quantencomputer sein könnte, die eine größere Kapazität als die aktuellen haben. Wenn alles nach Plan verläuft, könnte dies eines der größten Engpässe in der Branche lösen. Es bleibt jedoch noch viel Forschungsarbeit zu leisten, bevor weitere Informationen über Fortschritte in diesem Bereich erhältlich sind.