Optische Transduktion: Ein Weg zur Skalierung von Quantencomputern

DELFT / BERKELEY / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Zusammenarbeit zwischen QphoX, Rigetti und Qblox markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Quantencomputing-Technologie. Die Forscher haben erfolgreich gezeigt, dass es möglich ist, supraleitende Qubits mit einem optischen Transducer auszulesen, was in der renommierten Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht wurde.

Die jüngsten Fortschritte in der Quantencomputing-Technologie, die durch die Zusammenarbeit von QphoX, Rigetti und Qblox erzielt wurden, könnten die Art und Weise, wie wir Quantencomputer skalieren, revolutionieren. Die Forscher haben gezeigt, dass es möglich ist, supraleitende Qubits mit einem optischen Transducer auszulesen, was eine bedeutende Entwicklung in der Branche darstellt. Diese Technologie könnte die Skalierbarkeit von Quantencomputern erheblich verbessern, indem sie die Notwendigkeit für sperrige und wärmeleitende Komponenten reduziert.

Supraleitende Qubits gelten als führende Plattform für die Realisierung praktischer Quantencomputer, da sie schnelle Gattergeschwindigkeiten bieten und auf bestehende Halbleiterfertigungstechniken zurückgreifen können. Allerdings erfordert ein fehlertoleranter Quantencomputer zwischen 10.000 und einer Million physikalischer Qubits. Die dafür benötigte Verkabelung und die Anzahl der Verstärker und Mikrowellenkomponenten übersteigen die Kapazität moderner Verdünnungskühlschränke, die ein wesentlicher Bestandteil eines supraleitenden Quantencomputersystems sind.

Ein vielversprechender Ansatz zur Lösung dieses Problems ist der Einsatz von optischen Fasern anstelle von Koaxialkabeln und anderen kryogenen Komponenten. Optische Fasern haben einen deutlich kleineren Platzbedarf und eine vernachlässigbare Wärmeleitfähigkeit. Die Herausforderung besteht jedoch darin, die Mikrowellensignale, die zur Steuerung der Qubits verwendet werden, in Infrarotlicht umzuwandeln, das durch Fasern übertragen werden kann. Hier kommt die Mikrowellen-zu-Optik-Transduktion ins Spiel, ein Bereich, der sich der kohärenten Umwandlung von Mikrowellenphotonen in optische Photonen widmet.

QphoX hat Transducer mit piezo-optomechanischer Technologie entwickelt, die diese Umwandlung durchführen können und eine Schnittstelle zwischen supraleitenden Qubits und Glasfasern bilden. Um das Potenzial dieser Technologie zu demonstrieren, haben QphoX, Rigetti und Qblox einen Transducer mit einem supraleitenden Qubit verbunden, um dessen Zustand mit Licht zu messen, das durch eine optische Faser übertragen wird. Die Ergebnisse dieser Zusammenarbeit wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht.

Bemerkenswert ist, dass der Transducer nicht nur in der Lage ist, das Signal, das das Qubit ausliest, umzuwandeln, sondern dass das Qubit auch ausreichend vor Dekohärenz geschützt werden kann, die durch thermisches Rauschen oder streuende optische Photonen vom Transducer während des Betriebs eingeführt wird. Diese Entdeckung hat weitreichende Implikationen für die Entwicklung von Quantencomputern, da sie zeigt, dass Transducer nun bereit sind, mit supraleitender Qubit-Technologie zu interagieren.

Dr. Thierry van Thiel, der leitende Autor der Arbeit und Lead Quantum Engineer bei QphoX, betont die Bedeutung dieser Entwicklung: „Die Mikrowellen-zu-Optik-Transduktion ist eine schnell aufstrebende Technologie mit weitreichenden Auswirkungen auf das Quantencomputing. Unsere Arbeit zeigt, dass Transducer nun bereit sind, mit supraleitender Qubit-Technologie zu interagieren. Dies ist eine aufregende und entscheidende Demonstration mit dem Potenzial, diese Technologie weitreichend und möglicherweise transformativ für die Entwicklung von Quantencomputern zu machen.“

Dr. Subodh Kulkarni, CEO von Rigetti, hebt die Bedeutung effizienter Systemdesigns hervor, um die Fehlertoleranz zu erreichen. Diese innovative, skalierbare Herangehensweise an die Qubit-Signalverarbeitung ist das Ergebnis starker Partnerschaften mit QphoX und Qblox und zeigt den Wert eines modularen Technologiestacks. Durch die Integration der Technologie unserer Partner mit unserer eigenen können wir kreative Wege finden, um langjährige technische Herausforderungen zu lösen.

Dr. Niels Bultink, CEO von Qblox, betont die Bedeutung der Skalierbarkeit bei der Realisierung von Quantencomputern im industriellen Maßstab. Viele der kritischen Engpässe liegen in der Skalierbarkeit der Auslese- und Steuerung von Qubits. Da sich Qblox genau auf dieses Thema konzentriert, sind wir stolz darauf, Teil dieser entscheidenden Demonstration zu sein, die zeigt, dass die Mikrowellen-zu-Optik-Transducer von QphoX ein solider Weg zur skalierbaren Quantencomputing sind. Wir freuen uns auf die nächsten Schritte mit Rigetti und QphoX, um diese Technologie weiter zu skalieren.

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