Ein bedeutender Schritt in der Welt der Quantentechnologien hat sich in Paderborn vollzogen: Forscher*innen der Universität Paderborn haben den ersten photonischen Quantencomputer Deutschlands entwickelt. Diese Revolution in der Technologie zielt darauf ab, die unglaublichen Möglichkeiten von Licht zur Lösung komplexer Probleme zu nutzen.
Quantencomputer, die mit den kleinsten Energieeinheiten, den Quanten, arbeiten, versprechen Lösungen für große Herausforderungen in Bereichen wie der Energiewende, der Medikamentenforschung und der sicheren Kommunikation. Der neueste Beitrag zu diesem fortschrittlichen Gebiet ist der „Paderborn Quantum Sampler“— kurz „PaQS“— der im Rahmen der PhoQuant-Förderinitiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) entstanden ist. Er wird von einem Expertenteam an der Universität Paderborn sowie verschiedenen Industriepartnern entwickelt und hat das Potenzial, Deutschland zur Spitze in der photonischen Quantencomputertechnik zu führen.
Technologische Herausforderung und Fortschritte
Die Entwicklung des PaQS berücksichtigt die große Anfälligkeit von Quantencomputern gegen Ungenauigkeiten. Daher sind weltweit viele Ansätze im Gange, um robustere Systeme zu erforschen und herzustellen. Die größten photonischen Quantencomputer finden sich derzeit in Ländern wie China, Singapur, Frankreich und Kanada. Photonische Quantencomputer nutzen Licht — besonders Lichtteilchen, die als Photonen bekannt sind — und können bei Raumtemperatur betrieben werden. Doch es gibt Herausforderungen wie optische Verluste, die die Entwickler bewältigen müssen. Wissenschaftler*innen in Paderborn greifen auf die Expertise der integrierten Photonik zurück, um diese technischen Hürden zu überwinden. Prof. Dr. Christine Silberhorn, eine der führenden Köpfe hinter dem Projekt, beschreibt die Komplexität des Aufbaus eines solchen Systems als enorm.
Die vollständige Programmierbarkeit des PaQS bietet den Forscher*innen in der Quantenmechanik eine noch nie dagewesene Flexibilität. Es ermöglicht, spezifische Berechnungen durchzuführen und Systeme zu adaptieren, was entscheidend für zukünftige Forschung ist.
Die innovative Fragestellung des PaQS dreht sich um die „Gaußsche Boson Sampling“-Methode. Dabei handelt es sich um ein Modell für photonische Quantencomputer, das in Paderborn auf beeindruckende Weise umgesetzt wurde. Bei dieser Methode wird es ermöglicht, die Photonenströme im photonischen Netzwerk zu messen, was für die Lösung von Problemen in der Medikamentenforschung nützlich sein kann.
Ein zentrales Element der Technologie sind „gequetschte Zustände“, die eine essentielle Rolle in der Erzeugung und Manipulation von Quantenressourcen spielen. Diese fortschrittlichen Lichtquellen wurden durch die enge Zusammenarbeit in der Fachgruppe „Integrierte Quantenoptik“ der Universität Paderborn optimiert.
Die Vorteile photonischer Quantencomputer sind vielversprechend: Sie können Skalierbarkeit erreichen und hohe Taktraten entwickeln. Dennoch ist das gesamte Feld der Quantencomputer noch in der frühen Entwicklungsphase. Immer neue Forschung wird notwendig sein, um die Technologien voranzubringen.
Diese Errungenschaft in Paderborn steht nicht nur für einen technologischen Fortschritt; sie stellt auch einen bedeutenden Beitrag zur internationalen Quantenforschung dar. Mehr Informationen über die Forschung können unter PhoQS sowie der Quantenforschung an der Universität Paderborn abgerufen werden.
Wissenschaftler*innen aus aller Welt blicken gespannt nach Paderborn, da dieser Fortschritt das Potenzial hat, unsere Zukunft nachhaltig zu gestalten.
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