Europäische Infrastruktur für Rydberg-Quantencomputer

Quantencomputer auf der Basis von Rydbergatomen gelten als besonders aussichtsreiches Konzept im Rennen um die Realisierung der superschnellen Rechner. Die Europäische Kommission hat jetzt ein Projekt lanciert, das die Infrastruktur für Rydberg Quantenprozessoren vorantreiben soll. Dem Konsortium mit dem Namen EuRyQa (European infrastructure for Rydberg Quantum Computing) gehören unter der Leitung der Universität Straßburg elf Partner in sieben Ländern an, darunter die Universität Stuttgart über das Institut für Theoretische Physik III sowie das 5. Physikalische Institut.

Quantencomputer führen Rechenschritte mit den kleinsten physikalischen Einheiten, sogenannten Quantenbits (kurz Qubits) aus. Diese können nicht nur die Zustände 0 und 1 annehmen, sondern auch Überlagerungszustände zwischen 0 und 1. Als vielversprechende Plattform für einen digitalen Quantencomputer haben sich kalte Atome durchgesetzt, die in optischen Fallen gefangen sind. Durch Anregung in sogenannte Rydberg-Zustände lassen sich Wechselwirkungen zwischen den Atomen schnell an- und ausschalten um logische Gatteroperationen zwischen den Qubits zu realisieren. Inzwischen können mit diesen Methoden bereits Systeme mit mehr als 200 Qubits mit starker Wechselwirkung realisiert werden, und der Weg zu einer weiteren Skalierung auf bis zu tausend Qubits ist vorbereitet.

Um die Entwicklung der nächsten Generation von programmierbaren und skalierbaren Rydberg-Quantencomputern in Europa voranzutreiben, bringt das EuRyQa Konsortium vier komplementäre Rydberg-Plattformen zusammen. So entstehe eine einmalige europäische Lösung für eine Standardisierung und Benchmarking der Technologie, fasst Projekt-Koordinator Prof. Guido Pupillio von der Universität Straßburg die wesentlichen Ziele von EuRyQa zusammen: „Wir werden eine gemeinsame Quantencomputer-Architektur für Rydberg-Atome, einen föderierten Cloud-Dienst, Lösungen für konkrete Berechnungsprobleme und eine Schlüsseltechnologie für fehlertolerantes Quantencomputing mit Rydberg-Qubits anbieten. Der Erfolg von EuRyQa wird für Europa im globalen Wettbewerb um das Quantencomputing ein entscheidender Faktor sein.“

Eine der Plattformen entsteht in Stuttgart

Einer der vier Rydberg-Quantencomputer entsteht an der Universität Stuttgart. Er basiert auf Strontium-Atomen mit individuellen Atomen, gefangen in optischen Fallen. Die Plattform für einen universellen und digitalen Quantencomputer zeichnet sich durch sehr hohe Zuverlässigkeit in den Gatteroperationen aus. „Diese Expertise zum Bau und Betrieb sowie für die Steuerung und Optimierung des Quantencomputers wird unser Team der Universität Stuttgart nun in das Europäische Projekt einbringen“, betonen Prof. Hans Peter Büchler vom Institut für Theoretische Physik III sowie Prof. Tilman Pfau vom 5. Physikalischen Institut.

Über das EuryQa-Konsortium

EuRyQa startet im Oktober 2022 und wird durch die Europäische Union im Rahmen des Programms Horizon Europe für die nächsten drei Jahre mit einem Budget von fünf Millionen Euro gefördert. (HORIZON-CL4-2021-DIGITAL-EMERGING-01-30). Das Konsortium bringt führende Wissenschaftspartner im Bereich der Quantentechnologie basierend auf neutralen Atomen mit Partnern aus der Industrie zusammen, die komplementäre Expertise in Quantenhardware, Firmware und Software einbringen. Koordiniert wird EuRyQa von der Universität Straßburg (Frankreich). Die Liste der Partner umfasst PASQAL (Frankreich), QM Technologies (Israel), die Universität Stuttgart (Deutschland), Qruise GmbH vom Forschungszentrum Jülich (Deutschland), die Beratung EURICE GmbH (Deutschland), die Universität Amsterdam und die Technische Universität Eindhoven (beide Niederlande), das Forschungsinstitut Idryma Technologias Kai Erevnas (Griechenland), Associacao Portuguese Quantum Institute (Portugal) sowie die Università degli Studi di Padova (Italien).