Quantencomputer: Silizium-Chip-Design vorgestellt

Forscher der University of New South Wales (UNSW) haben das erste Design für einen Quantencomputer in Form eines Silizium-Chips vorgestellt. Dieser setzt auf sogenannte Silizium-Spin-Qubits und bietet den Vorteil, dass er im Wesentlichen herkömmliche CMOS-Halbleiterkomponenten nutzt. [...]

Das könnte einen Quantensprung für die Informationstechnologie bedeuten. Das UNSW hofft, auf Basis seines Designs bis 2022 einen funktionierenden Prototypen mit zehn Qubits zu fertigen.

Viele Qubits auf einem Chip
Quantencomputer könnten viel komplexere Probleme lösen als heutige Computer. Eine wesentliche Hürde auf dem Weg dorthin ist es, viele Qubits – als grundlegende Speichereinheit Gegenstück zum klassischen Bit – sinnvoll miteinander zu vereinen. Eben hier soll sich das Design als echter Meilenstein erweisen. „Das ist der erste Versuch, auf einem Chip all die herkömmlichen Silizium-Schaltkreise zu vereinen, die erforderlich sind, um die für Berechnungen mit Quantencomputern nötigen Mio. Qubits zu kontrollieren und auszulesen“, erklärt Andrew Dzurak, Professor für Nanoelektronik an der UNSW.

Im Prinzip setzt das in „Nature Communications“ vorgestellt und vorerst noch theoretische Design darauf, mit vielen aus der herkömmlichen Halbleitertechnologie bekannten CMOS-Transistoren Elektronen-Spins in Quantenpunkten (den Spin-Qubits) zu kontrollieren. Für eine große Anordnung von Qubits kommt dabei eine entsprechend umfassende CMOS-Architektur zum Einsatz. Über bestimmte Elektroden steuert sie den Wert, den einzelne Qubits annehmen, während andere Elektroden die Interaktion zweier Qubits, also das Ausführen von Berechnungen, erlauben. Ein wesentlicher Teil des Designs ist zudem ein neues Fehlerkorrekturverfahren für die Spin-Qubits.

Noch Verbesserungspotenzial
„Wir erwarten, dass noch Änderungen am Design nötig sein werden, wenn wir uns der Fertigung nähern, aber alle Schlüsselkomponenten für Quantum Computing sind hier auf einem Chip“, sagt Dzurak. Fortschritte bei der Qualität der Komponenten lassen dabei auch auf Vereinfachungen hoffen. Denn das jetzt vorgestellte Design erfordert sehr viele Transistoren pro Qubit, und wie die Forscher betonen könnte deren Zahl dann noch sinken.

Jedenfalls hat die UNSW einen 83 Mio. Australische Dollar schweren Deal mit Telstra, Commonwealth Bank sowie Provinz- und Bundesregierung abgeschlossen, der darauf abzielt, bis 2022 einen Zehn-Qubit-Prototypen fertigzustellen. Das wäre ein erster kleiner Schritt im Rennen um den ersten funktionierenden, großskaligen Quantencomputer – und potenziell ein ähnlich prestigeträchtiger Sprung wie 1969 ein kleiner Schritt beim Wettlauf ins All.