Qubits auslesen bei Raumtemperatur: Quantencomputer werden effizienter
Qubits, die Bausteine von Quantencomputern, sind auf supraleitende Materialien angewiesen. Nur in diesem Zustand fehlt jeglicher elektrischer Widerstand, was die störungsfreie Kommunikation überhaupt ermöglicht.
Leider werden dafür Temperaturen nah am absoluten Nullpunkt, also bei -273,15 °C, benötigt. Meist darf die Abweichung nur wenige Zehntel Grad betragen, um die Supraleitung nicht zu verlieren. Und selbst wissenschaftliche Durchbrüche mit höheren Temperaturen liegen vornehmlich weiterhin bei -200 °C oder darunter. Der Energiebedarf für solche Systeme ist absurd hoch und ihrer Größe sind enge technische Grenzen gesetzt.
Mit anderen Worten: Ein gigantischer und enorm leistungsstarker Gefrierschrank muss den Quantencomputer einschließen, damit dieser seine Magie entfalten kann. Am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) haben sie nun den Quantencomputer nicht neu erfunden, sondern den notwendigen Kühlschrank auf ein Minimum reduziert.
Licht umwandeln, Kühlung minimieren
Weil Qubits wegen der Supraleitfähigkeit elektrisch kommunizieren, dies aber fehleranfällig ist und die Leitungen außerdem Wärme übertragen, liegt der Ansatz der Forschenden genau hier. Die elektrischen Signale einer begrenzten Schaltung von Qubits soll in optische Signale übersetzt werden.
Diese Signale sind weniger empfindlich für Störung. Zudem lässt sich ein Netzwerk dieser Leitungen bei Raumtemperatur betreiben und nur die Qubits selbst müssen weiterhin extrem kalt gehalten werden.
Es gelang mithilfe eines elektrooptischen Wandlers die zur Übermittlung genutzte Infrarotstrahlung nah am Qubit in Mikrowellenstrahlung umzuwandeln. Deren Frequenz ist niedrig genug, um sie in elektrische Signale zu übersetzen, die von den Qubit verstanden werden.
Nicht nur der Aufwand für das Kühlsystem ist auf diese Weise erheblich reduziert worden. Gleichzeitig wurde gezeigt, dass für die Vernetzung einzelner Quantencomputer ein Glasfasernetz verwendet werden, dessen technische Herausforderungen sehr übersichtlich sind. So wird auch die Erhöhung der Qubit-Anzahl zukünftiger System spürbar vereinfacht.
Nur die Bandbreite bei der Datenübermittlung soll nach aktuellem Stand noch sehr eingeschränkt sein. Der Beweis, dass auch optische Signale mit allen ihren Vorteilen für Quantencomputer genutzt werden können, scheint aber erbracht.
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