Quantum Leap: Modulare Architektur könnte die supraleitende Quantencomputing-Revolutionieren

Forscher der Universität Chicago haben eine bahnbrechende modulare Architektur für supraleitende Quantencomputer vorgestellt, die eine skalierbare und effiziente Alternative zu herkömmlichen 2D-Arrays von Qubits darstellt. Nach einem Bericht von Nick Flaherty bei eeNews Europe dreht sich diese Innovation, die im Cleland Lab der Pritzker School of Molecular Engineering (PME) entwickelt wurde, um einen rekonfigurierbaren Router, der als Knotenpunkt eines modularen Systems fungiert.

 Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen die Interaktionen zwischen Qubits auf die nächsten Nachbarn beschränkt sind, können bei diesem Ansatz zwei beliebige Qubits innerhalb eines Moduls miteinander verbunden und verschränkt werden. Durch den Einsatz kleinerer Chips mit höherer Ausbeute könnte dieses Design den Weg für größere Systeme ebnen, ohne die Effizienz zu beeinträchtigen.

 Die Innovation des Teams umfasst Quantenschalter, die aus kondensatorbasierten SQUID-Schleifen (supraleitende Quanteninterferenzgeräte) bestehen. Diese Schalter stellen den magnetischen Fluss dynamisch ein, um Qubits innerhalb von Nanosekunden zu verbinden oder zu trennen, wodurch Quantengatter und Verschränkungserzeugung mit hoher Zuverlässigkeit erreicht werden. Infolgedessen erreicht der zentrale Knotenpunkt beeindruckende Zuverlässigkeitswerte: durchschnittlich 96,00 % und einen Spitzenwert von 97,14 %, der hauptsächlich durch die Dephasierung der Qubits begrenzt wird. Außerdem hat das System erfolgreich GHZ-3- und GHZ-4-Zustände mit einer Wiedergabetreue von 88,15 % bzw. 75,18 % nachgewiesen.

 „Ein Quantencomputer konkurriert nicht notwendigerweise mit einem klassischen Computer, was die Größe des Speichers oder der CPU angeht“, sagt PME-Professor Andrew Cleland. „Stattdessen nutzen sie die Vorteile einer grundlegend anderen Skalierung: Die Verdoppelung eines Quantencomputers erfordert nur ein zusätzliches Qubit.”

Der Doktorand Xuntao Wu hob das grenzenlose Potenzial des Router-basierten Designs hervor: „Im Prinzip gibt es keine Begrenzung für die Anzahl der Qubits, die über die Router verbunden werden können.“ Dieser modulare Ansatz spiegelt die Struktur klassischer Rechensysteme wider und verspricht eine ähnliche Skalierbarkeit für Quantenprozessoren.
 
 In Zukunft will das Team den Kopplungsbereich seiner supraleitenden Qubit-Plattform erweitern und Methoden zur Integration entfernter Qubits erforschen. „Im Moment ist der Kopplungsbereich eher mittelgroß, in der Größenordnung von Millimetern“, sagt Wu.

Während das Quantencomputing Grenzen verschiebt, stellt diese modulare Architektur einen bedeutenden Schritt in Richtung fehlertoleranter, skalierbarer Systeme dar.