Koppler-Designs, numerische Modellierung und Anwendungen für einen deutschen, supraleitenden Quantencomputer (GeQCoS)

Quantencomputer eröffnen der Computertechnik eine völlig neue
Dimension. Mit ihnen lassen sich Aufgabenstellungen lösen, an denen
konventionelle Computer scheitern. So besteht u. A. die Hoffnung, dass sich damit die Wechselwirkung von Atomen und Molekülen in Organismen und Materialstrukturen simulieren lassen, was bei der Entwicklung von Medikamenten und neuen Materialien zu bahnbrechenden Erfolgen führen könnte. Bislang ist das noch Theorie. Der Weg bis zur Realisierung eines Quantencomputers ist noch weit und beginnt auch hier mit den ersten Schritten.

Die Realisierung von Quantencomputern und die Erzeugung der sog.
Quantenbits oder kurz Qubits, die für seine Funktion notwendig sind, ist
derzeit eine große Herausforderung. Die damit verbundenen Quantenzustände, sind in der Regel gegenüber äußeren Einflüssen sehr empfindlich und wenig stabil. Das ist derzeit ein großes Hindernis für die praktische Nutzung. Um hier Fortschritte zu erzielen, verfolgen die Partner des Verbundprojektes GEQCOS einen neuen Ansatz, Qubits auf der Basis supraleitender Schaltkreise zu erzeugen. Ziel ist die Realisierung eines Quantenprozessors, an dem sich die Funktionsfähigkeit des gewählten Konzepts zeigen lässt.

Für die Funktion eines Quantencomputers ist die sog. Verschränkung der Qubits notwendig. Dieser Verschränkungszustand ist nur für eine gewisse Zeit, auch Kohärenzzeit genannt, vorhanden. Nur in dieser Zeit kann der Quantencomputer rechnen.
Mit dem genannten Ansatz zur Kopplung der Qubits sollen nun effiziente Operationen mit mehreren Qubits durchführbar werden. Gleichzeitig kann die Kohärenzzeit mit diesem Ansatz erhöht werden, um umfangreichere Quantenoperationen als bisher zu ermöglichen.
Im Erfolgsfall ist das ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zu praxistauglichen Quantencomputern mit einer ausreichenden Anzahl Qubits für die Lösung anwendungsbezogener Problemstellungen.