Zahlreiche Forschungsgruppen auf der ganzen Welt sind an der Planung und dem Bau von Quantencomputern beteiligt: Ein regelrechtes Wettrennen ist entbrannt, sagen die ParityQC-Gründer Magdalena Hauser und Wolfgang Lechner. Ziel ist es, quantenphysikalische Phänomene zu nutzen, um bestimmte Rechenaufgaben schneller als herkömmliche Computer zu lösen.
Qubits
Anders als die kleinste Informationseinheit (Bit) in einem herkömmlichen Computer, die nur genau zwei Zustände (0 und 1) haben kann, können die Informationseinheiten in einem Quantencomputer, Qubits genannt, mehrere Zustände gleichzeitig darstellen.
Qubits können auf unterschiedliche Weise realisiert werden, etwa mit Ionen, Atomen, Photonen oder supraleitenden Schaltkreisen.
Bereits große Erfolge in Österreich
Physikern der Universität Innsbruck und des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist ein großer Durchbruch bei der Implementierung ionenbasierter programmierbarer Quantencomputer gelungen, die Fallen halten und mit Lasern manipulieren können. ParityQC (Parity Quantum Computing GmbH) befasst sich unter anderem mit der kommerziellen Verwertung der Erkenntnisse aus dem universitären Umfeld.
Basierend auf den Forschungsergebnissen des Unternehmens sei der DLR-Auftrag einer der größten, der jemals auf diesem Gebiet vergeben wurde, sagte Hauser. Insgesamt fünf Quantencomputer werden in den kommenden Jahren in Hamburg gebaut. An zwei davon sind die Innsbruckerinnen und Innsbrucker beteiligt. Wie viel von der Gesamtauftragssumme aus vertraglichen Gründen nach Tirol fließen soll, sagt Hauser, der von diesem „sehr gut finanzierten Auftrag“ bis 2023 auch einen Gewinn für das Unternehmen erwartet.
Entwicklung eines Standards für Quantencomputer
Knapp 45 Mitarbeiter arbeiten derzeit in der Landeshauptstadt Tirols an der Weiterentwicklung des Ansatzes. Das ist ein besonderer Ansatz zum Bau von Quantencomputern, den man als zukünftigen Standard etablieren möchte. Sie liefern jedenfalls keine Hardware für die Rechner, sondern Baupläne, Algorithmen und Betriebssysteme, erklärte Lechner, der neben der „Quantenarchitekturfirma“ am Institut für Theoretische Physik der Universität Innsbruck arbeitet. Die Basis dafür wurde in langjähriger Forschungsarbeit von Lechner und seinen Innsbrucker Kollegen Philipp Hauke und Peter Zoller entwickelt und patentiert.
Europa darf bei der Umsetzung nicht den Anschluss verlieren
Im großen internationalen Wettlauf um Quantencomputer, mit denen sich tatsächlich „industrierelevante“ Fragestellungen lösen lassen, hätten Österreich und Europa dank innovativer Grundlagenforschung, etwa von Zoller, Rainer Blatt, der ebenfalls in Innsbruck oder Physik-Nobelpreisträger Anton Zeilinger. Bei der kommerziellen Umsetzung hinken sie jedoch den USA und China hinterher, sagte Hauser. Allerdings könnte der DLR-Auftrag in diesem Bereich eine Initialzündung für Europa sein. Laut Lechner wäre es “ein Skandal”, wenn Europa hier den Anschluss verliere.
Gemeinsam mit Partnerunternehmen wird ParityQC innerhalb eines Jahres einen „Quantencomputer-Demonstrator“ mit zehn Ionenfallen-Qubits entwerfen. Es soll als eine Art Übungsplattform fungieren, auf der Forscher nach Wegen suchen können, allgemeine Probleme wie die Primfaktorzerlegung besser zu bearbeiten. Dann folgt ein System aus vielen einzelnen Modulen mit jeweils zehn Qubits, dessen Aufbau auf die Lösung spezifischerer Probleme zugeschnitten ist, erklärte Lechner.