Von Bundesministerien geförderte Projekte
Erst wenn ausreichend viele Quantenteilchen verschaltet werden, können Quantencomputer Aufgaben bewältigen, die für klassische Rechner unlösbar sind. Hier liegt – neben weiteren Alleinstellungsmerkmalen – ein wesentlicher Vorteil photonischer Plattformen: Integrierte Architekturen und ausgefeilte Fertigungsverfahren bieten ein enormes Skalierungspotenzial. Ziel des Verbundprojektes PhoQuant ist die Entwicklung eines rein photonischen Quantencomputers, basierend auf Gaussian Boson Sampling (GBS), mit mindestens 20 (nach 2,5 Jahren) bzw. 100 (nach 5 Jahren) individuell ansteuerbaren Kanälen. Neben der Entwicklung eines programmierbaren GBS QC Demonstrators mit anwendungsrelevanten Algorithmen steht die Implementierung eines Benutzer Interfaces als Schnittstelle für industrielle und akademische Anwender im Vordergrund.
Im Teilvorhaben Quantencomputing Testplattform (PhoQuant-QCTest) werden essenzielle Komponenten, u. a. eine optimierte integrierte Quetschlichtquelle und Funktionalitäten wie kohärente Verschiebungen und Homodyndetektion, und Algorithmen für den Demonstrator entwickelt. Ferner wird eine experimentelle Testplattform zur Verfügung gestellt, auf der die entwickelten Komponenten und Algorithmen unter realistischen Bedingungen getestet werden können, bevor sie in den Demonstrator überführt werden. Auch die von Projektpartnern entwickelten Bauteile auf Basis des neuen Materialsystems Dünnschichtlithiumnobiat (engl.: lithium niobate on insulator, LNOI) werden mit Hilfe der Testplattform evaluiert. Neue und bekannte GBS QC Algorithmen werden mittels informationstheoretischer Komplexitätsuntersuchungen verifiziert.
Sieben Arbeitsgruppen des Instituts für Photonische Quantensysteme (PhoQS) mit komplementären Expertisen führen das Teilprojekt PhoQuant-QCTest durch.
Das Verbundprojekt PhoQuant wird über die Laufzeit vom 01.01.2022 bis 31.12.2026 gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und vereint die Fachkenntnisse von 14 Partnern aus Akademie und Industrie.
Weitere Informationen finden Sie hier.
Wissenschaftliche Ansprechpartnerin:
Prof. Dr. Christine Silberhorn
Quantentechnologien werden einen transformativen Einfluss auf unsere Gesellschaft besitzen; insbesondere Quantencomputing welches den grundlegenden quantenmechanischen Effekt der Verschränkung für die effiziente Berechnung von Aufgaben verwendet, die mit einem klassischen Computer in realistischer Zeit nicht durchgeführt werden können. Zusammen mit superleitenden Quantenzuständen (Qubits) sind Photonen die einzigen Plattformen, welche einen solchen Quantenvorteil bereits demonstriert haben.
Allerdings wird die Quantenphotonik ihre Erwartungen als bahnbrechende Technologie nur erfüllen, wenn sie auf skalierbare Weise integriert wird. Die Lösung liegt in quantenphotonischen integrierten One-way Quantencomputing Schaltkreisen, in denen verschränkte Photonen-Clusterzuzstände zur Kodierung und Verarbeitung von Quanteninformation auf einem kompakten photonischen Schaltkreis verwendet werden.
In diesem Projekt wird die Universität Paderborn einen integrierten photonischen Schaltkreis realisieren, welcher dank ultra-schneller integrierter Modulatoren und kryogener Elektronik diese Feed-forward Operation ermöglicht. Dank der Dünnschichtlithiumniobat auf-Isolator-(LNOI) Plattform, welche über einen großen elektrooptischen Effekt, niedriger Transmissionsverluste in einem breiten Wellenlängenbereich, sowie starker Nichtlinearität verfügt, ist es der Universität Paderborn möglich alle Qubitmanipulationsoperationen eines One-way Quantencomputers auf einer einzigen Materialplattform zu realisieren. Das gleichzeitige Verbinden aller One-way Quantencomputing-Bausteine auf einer einzigen Materialplattform gewährleistet hohe Kompatibilität und ermöglicht eine effiziente Skalierbarkeit. Die Universität Paderborn entwickelt damit die Kerntechnologie zur Realisierung des ersten skalierbaren, integrierten One-way Quantencomputer Demonstrator QPIC-1.
In der Laufzeit vom 01.09.2021 bis zum 31.08.2025 wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Weitere Informationen finden Sie auf der BMBF-Projektseite.
Das Projekt qp-tech.edu wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Ein Konsortium aus vier deutschen Universitäten (Erlangen, Jena, Paderborn, Ulm) verfolgt das gemeinsame Ziel, eine Bildungsförderung für die Quantencomputing- und Photonikindustrie in Deutschland zu erreichen. Die Rolle der Universität Paderborn besteht insbesondere darin, Informatik-Expertise einzubringen, um speziell auf Industriepartner zugeschnittene Bildungsinhalte im Bereich Quantencomputing zu produzieren.
Wenn Ihre Organisation an Workshops teilnehmen möchte, die von der Universität Paderborn für diese Initiative veranstaltet werden, oder Zugang zu den benannten Quantencomputing-Schulungsmaterialien haben möchte, wenden Sie sich bitte an: Prof. Dr. Sevag Gharibian unter sevag.gharibian(at)upb(dot)de.
Andere Links:
Zentrale Webseite für das Projekt, gehostet von Jena:
https://www.acp.uni-jena.de/qp-tech-edu
BMBF-Webseite zum Projekt: