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In den letzten Jahren konnten zwei Forschungsgruppen der ETH Zürich die Korrektur von Fehlern in Quantensystemen mittels Fehlerkorrekturtechniken nachweisen. In einem Fall erreichten sie das mit Hilfe eines Chips, auf dem 17 physische Quanten-Bits (Qubits) Platz finden, die zu einem logischen Qubit verknüpft wurden. Dabei bilden neun Qubits das logische Qubit und die übrigen acht sind für die Fehlerkorrektur zuständig. Das Problem: Ein logisches Qubit allein macht noch keinen Quantencomputer.
Zwei Teams, zwei Technologien, ein Ziel
Die amerikanische Forschungsförderungsagentur IARPA hat darum mehrere Grundlagenforschungsprojekte lanciert, um zwei logische Qubits miteinander zu verschränken und den Quantenzustand eines logischen Qubits auf ein zweites zu übertragen. Dazu plant sie in den kommenden vier Jahren insgesamt bis zu 40 Millionen Dollar in das Projekt «SuperMOOSE», das von ETH-Professor Andreas Wallraff geleitet wird, und in das Projekt «MODULARIS», das von der Universität Innsbruck geleitet wird und an dem die Gruppe des ETH-Professors Jonathan Home beteiligt ist, zu investieren. Verstärkt wird das ETH-Team unter Wallraff durch Forschende des MIT, des Forschungszentrums Jülich, der kanadischen Universite de Sherbrooke, sowie durch die beiden Firmen Zurich Instruments und Atlantic Quantum. In beiden Projekten ist zudem das ETH-PSI Quantum Computing Hub am Paul Scherrer Institut involviert.
Dabei kommen zwei verschiedene Technologien zum Einsatz. Während das ETH-Team auf supraleitende Bauteile setzt, geht das Team aus Innsbruck die Herausforderung auf Basis von Ionenfallen an. Die Fortschritte beider Teams werden in wissenschaftlichen Veröffentlichungen publiziert, und der Erfolg des auf vier Jahre geplanten Projekts wird regelmässig evaluiert.
«Wenn es uns gelingt, zwei fehlerkorrigierte Qubits miteinander zu verknüpfen, dann schaffen wir damit die Grundlage für künftige Quantencomputer, die für eine breites Aufgabenspektrum genutzt werden können», sagt Andreas Wallraff. Dazu müssen jedoch in weiteren Schritten zunächst dutzende, dann hunderte und am Ende gar tausende logische Qubits miteinander verbunden werden.
Internationale Zusammenarbeit unerlässlich
Quantencomputer gelten als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Doch ihre Entwicklung ist komplex, zeitaufwändig und teuer. Die internationale Zusammenarbeit ist daher unerlässlich. «Dass IARPA gleich zwei Projekt mit Beteiligung der ETH Zürich ausgewählt hat, beweist die führende Position, die unsere Hochschule in diesem wichtigen Forschungsgebiet innehat», freut sich Christian Wolfrum, Vizepräsident Forschung an der ETH Zürich. «Nun ist es wichtig, dass die Schweiz möglichst bald bei Horizon Europe assoziiert wird und sich unsere Forschenden auch am Quantum-Flagship-Programm der EU beteiligen können.»