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Vorstellung des bisher größten Quantenphotonikprozessors

Ein neuartiger photonischer Quantenverarbeitungschip, der mit Quantenpunkt-Lichtquellen kompatibel ist und 20 Betriebsarten aufweist, treibt die europäische photonische Quanteninformatik voran.

Digitale Wirtschaft

Quantencomputer versprechen, die Rechenleistung weit über das hinaus zu steigern, wozu heutige Computer in der Lage sind. Dieses Potenzial wurde bisher jedoch noch nicht ausgeschöpft. Auf der Suche nach einer Möglichkeit, die Quantenüberlegenheit zu demonstrieren, entwickeln Forschende im Rahmen des EU-finanzierten Projekts PHOQUSING ein hybrides Rechensystem, das auf modernster integrierter Photonik basiert und klassische mit quantenmechanischen Verfahren kombiniert. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Maschine für Quanten-Stichproben, die Europa an die Spitze der photonischen Quanteninformatik bringen soll. Zu diesem Zweck hat der PHOQUSING-Projektpartner QuiX Quantum in den Niederlanden den größten Quantenphotonikprozessor konzipiert, der mit Quantenpunkten kompatibel ist. (Quantenpunkte sind nanometergroße Halbleiterkristalle, die verschiedene Farben aussenden, wenn sie mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden). Der Prozessor bildet die zentrale Komponente der Quanten-Stichproben-Maschine. Dabei handelt es sich um einen in naher Zukunft zu erwartenden Quantencomputer, der einen Quantenvorteil aufweisen kann. „Es wird erwartet, dass auf Licht basierende Maschinen für Quantenstichproben einen sehr großen Quantenvorteil erzielen“, heißt es in einer Pressemitteilung auf der QuiX-Quantum-Website. „Das Ziehen von Stichproben aus einer Wahrscheinlichkeitsverteilung ist für einen klassischen Computer mathematisch zu komplex. Dieses Problem lässt sich leicht lösen, indem Licht durch solche Quanten-Stichproben-Maschinen gesendet wird. Deren Herzstück sind große lineare optische Interferometer, also Photonikprozessoren.“

Ein Blick auf den Chip

Der vom Forschungsteam entwickelte Prozessor ist ein Siliziumnitrid-Photonikchip. Mit seiner „Rekordgröße“ und 20 Betriebsarten ist er für den Einsatz im nahen Infrarot-Wellenlängenbereich optimiert und arbeitet bei einer Wellenlänge von 925 Nanometern. Laut einem Webinar-Video, in dem der Prozessor vorgestellt wird, machen die 20 Eingangsmodi mit 190 Einheitszellen und 380 einstellbaren Elementen diesen Prozessor wahrscheinlich zum komplexesten photonischen Chip, der heute verfügbar ist. Zu den wichtigsten Merkmalen des Quantenphotonikprozessors zählen neben der großen Anzahl von Betriebsmodi auch die geringen optischen Verluste (2,9 Dezibel pro Modus) und die hohe Genauigkeit (99,5 % für Permutationsmatrizen und 97,4 % für Haar-Zufallsmatrizen). Der schlüsselfertige Prozessor ermöglicht auch eine gut sichtbare Quanteninterferenz (98 %). Prof. Fabio Sciarrino von der Sapienza Università di Roma, Italien, dem Projektkoordinator von PHOQUSING (PHOTONICS QUANTUM SAMPLING MACHINE) erklärt in der Pressemitteilung von QuiX Quantum: „Die etablierte photonische Hochleistungstechnologie von QuiX Quantum ist entscheidend für den Erfolg des Projekts, da sie den Übergang von der Wissenschaft zur Technologie ermöglicht, der für die Entwicklung nützlicher Quantenberechnungen erforderlich ist.“ An dem Projekt sind sieben Partner aus Frankreich, Italien, den Niederlanden und Portugal beteiligt: fünf Hochschul- und Forschungseinrichtungen sowie zwei Industrieunternehmen, die alle in Europa führend auf dem Gebiet der Quanteninformationsverarbeitung und der integrierten Photonik sind. Weitere Informationen: PHOQUSING-Projektwebsite

Schlüsselbegriffe

PHOQUSING, Quanten, photonisch, Prozessor, Computing, Chip, Quantencomputing

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