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Quantencomputer: Intel investiert in Spin Qubits bei höheren Temperaturen

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intelIntel investiert gerade kräftig in neue Technologien wie Quantencomputer. Im Herbst präsentierte man den ersten Quantenchip mit 17 Qubit, auf der CES einen solchen mit 49 Qubit. Auch wenn das Potenzial der Quantencomputer hoch zu sein scheint, die technischen Hürden sind ebenfalls nicht zu unterschätzen. So muss der Chip bei -273,13 °C betrieben werden, also nahe am absoluten Nullpunkt bzw. nur 20 mK darüber. Aus diesem Grund forschen Wissenschaftler an alternativen Materialien.

Zusammen mit den Forschern an der niederländischen TU Delft (QuTech) will Intel in Richtung der Spin Qubits forschen. Die sogenannten Spin Qubits sind kein neuer Ansatz, sondern werden bereits seit einigen Jahren als äußerst vielversprechend angesehen. Bei den Spin Qubits handelt es sich um in Silizium eingebettete Elektronen, die nicht nur im Zustand eines Spin Down (binäre 0) und Spin Up (binäre 1) sein können, sondern auch einen Zustand dazwischen – Superposition genannt. Die Superposition ist das eigentliche Grundprinzip der Quantencomputer. Spin Qubits sind weniger empfindlich, üblicherweise müssen die supraleitenden Qubits nahe am besagten Nullpunkt gehalten werden, damit sie keine Eigenbewegung entwickeln, was die Daten verfälschen würde. Die aufwändige Kühlung sorgt dafür, dass solche Systeme derzeit maximal mit einige hundert oder tausend Qubits skaliert werden können, von Millionen solcher Bausteine ist man aber noch weit entfernt – auch wegen der aufwändigen Kühlung.

Die Spin Qubits können bei 1 K betrieben werden. Supraleitende Qubits müssen bei 20 mK gehalten werden, was 50x kälter und dementsprechend aufwendiger ist. Da nur die Qubits derart kühl gehalten werden müssen, befinden sich weitere Komponenten der Quantencomputers außerhalb der Kühlung, was alles andere als ideal ist. Bei den Spin Qubits können diese Komponenten näher an die Qubits heranrücken, was die Komplexität verringert.

Ein weiterer Vorteil der Spin Qubits ist, dass die einzelnen Module dazu deutlich kleiner aufgebaut sind, was es möglich macht, mehr Qubits in ein vorgegebenes Volumen zu packen. Kommerzielle Systeme sind auf eine gute Skalierung der verbauten Qubits angewiesen.

Ein dritter Punkt der für die Spin Qubits spricht ist die Tatsache, dass die Fertigung ähnlich der klassischer Transistoren im Halbleiter ist. Unternehmen wie Intel, IBM und Co haben darin bereits einiges an Erfahrung gesammelt, so dass die Fertigung der Spin Qubits davon profitieren könnte.

Auf dem Advancement of Science (AAAS) Annual Meeting will Intel gemeinsam mit QuTech einen ersten Quantencomputer mit zwei Spin Qubits vorstellen, der einfache Algorithmen ausführen soll. Für die Fertigung setzt Intel seine 300-mm-Wafer ein, die vollständig von jeglichen Isotopen befreit werden müssen. Derzeit befindet man sich hier in ersten Tests, will in den kommenden Monaten aber mehrere Wafer pro Woche fertigen können. Jede Wafer kann mit mehreren tausend Spin-Qubits-Arrays belichtet bzw. dotiert werden.

Wie aufwendig der Betrieb eines Quantencomputers ist, zeigte IBM zuletzt in einem Video, welches nicht nur die Apparaturen zeigt, sondern auch die Geräuschkulisse wiedergibt.

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