Fraunhofer IPMS ist Konsortialpartner
Photonischer Quantencomputer soll bei Raumtemperatur arbeiten
Quantencomputer sollen künftig riesige Datenmengen schnell verarbeiten. 14 Konsortialpartner forschen im Projekt „PhoQuant“ an einem photonischen Quantencomputer, der bei Raumtemperatur arbeiten kann. Mit dabei ist auch das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (Fraunhofer IPMS).
Unter dem Forschungsprojekt „PhoQuant“ sollen langjährige Erfahrung im Bereich Spitzenforschung und Wirtschaft zusammenkommen, um die Quantentechnologie in die Industrie zu bringen. Noch arbeiten viele Quantencomputer bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (minus 273,15 Grad Celsius). Dementsprechend hoch ist der Kühlaufwand und eine direkte On-Chip-Kopplung mit klassischen Rechnerarchitekturen ist nicht möglich. Um eine Symbiose aus Quantencomputer-Chips und herkömmlichen Großrechnern zu gewährleisten, soll in „PhoQuant“ ein neues Photonik-Chip-Verfahren angewandt werden.
Das Projekt „PhoQuant“ wird mit rund 50 Millionen Euro finanziert. Davon kommen rund 42 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), während die Konsortialpartner rund acht Millionen Euro beisteuern. Mit den Fördermitteln soll eine Demonstrations- und Testanlage für photonische Quantencomputer-Chips und andere Quantencomputer-Komponenten aufgebaut werden. Dabei entwickelt das Konsortium Algorithmen und Technologien für das photonische Quantencomputing und bereitet den industriellen Einsatz vor. Die für die Rechenoperationen benötigten Funktionen können auf einem einzigen Chip mittels ausgereifter Halbleiter-Fertigungsverfahren hergestellt werden. Durch das Aufbringen hochspezieller Lichtkanäle auf Silizium-Wafer lassen sich in diesen sogenannten „photonic integrated circuits“ Quantenzustände auch bei Raumtemperatur nahezu verlustfrei manipulieren, steuern und kontrollieren. Somit ermöglicht dies zukünftig den Einsatz der Chips auch zur Ergänzung von herkömmlichen Großrechnern.
Quantencomputer für die Industrie
„Die Förderung ist ein wichtiges Signal für den Innovationsstandort Deutschland. Wir stehen am Beginn des Quantencomputerzeitalters und das weltweite Rennen um Marktanteile dieser Zukunftstechnologie hat begonnen“, sagt Michael Förtsch, CEO von Q.ANT. „Die nun bereitgestellten Mittel für diese Forschungsallianz sind ein wichtiger Baustein für einen Quantencomputer made in Germany.“ In den 5 Jahren Projektlaufzeit soll das Ziel erreicht werden, einen Vorteil für die Berechnung von industrierelevanten Anwendungen bereitzustellen. Ein erstes Beispiel ist die Echtzeitoptimierung von Ablaufplänen an Flughäfen bei unvorhergesehener Verspätung. Hierfür entwickelt das Konsortium eine neue photonische Rechnerarchitektur, welche im Laufe des Projektes einen Quantencomputer mit bis zu 100 Qubits ermöglicht. Zugeschnitten auf diese neue Architektur werden im Laufe des Projektes sowohl optimierte Algorithmen für spezielle Problemstellungen als auch Algorithmen für das universelle Quantencomputing entwickelt und per Cloud-Anbindung für die Öffentlichkeit bereitgestellt.
„Das Fraunhofer IPMS entwickelt im Rahmen dieses Projekts FPGA und ASIC-Architekturen mit aktiven Schnittstellen zur hochpräzisen Ansteuerung und Auswertung von Funktionalitäten des photonischen Quantencomputer-Chips. Hierfür sind neben Know-how in der Photonik, insbesondere Kompetenzen im Mixed-Signal-Steuerungs-Design für FPGA und ASICs von Nöten. Kompetenzen, die wir einbringen können, um zusammen mit den Konsortialpartnern ein gemeinsames Ziel umzusetzen. Nämlich einen performanten photonischen Quantencomputer zu realisieren“, erklärt Marcus Pietzsch, Leiter des Projekts „PhoQuant“ am IPMS.
In zweieinhalb Jahren wollen die Projektpartner einen ersten Prototyp vorlegen, in spätestens fünf Jahren soll ein Quantencomputerchip entstehen, der großflächige Berechnungen durchführen kann. Aktuell sehen Experten den Einsatz von Computern mit Quantenchips in Branchen wie der chemischen Industrie, der Biomedizin und den Materialwissenschaften.
