Forschende an der University of Colorado in Boulder haben ein mikrochipgroßes Gerät entwickelt, das die Zukunft des Quantencomputings dramatisch beschleunigen könnte. Das Gerät, ein optischer Phasenmodulator, steuert Laserfrequenzen mit extremer Präzision und verbraucht dabei deutlich weniger Energie als aktuelle, sperrige Systeme.
Die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichte Studie beschreibt, wie dieser neue Chip, der fast 100-mal dünner ist als ein menschliches Haar, Laserlicht präzise steuern soll – eine entscheidende Fähigkeit für den Betrieb zukünftiger Quantencomputer. Diese Computer benötigen möglicherweise Tausende oder sogar Millionen von Qubits, den grundlegenden Einheiten der Quanteninformation.
Ein wesentlicher Vorteil dieser neuen Technologie ist ihre Herstellbarkeit. Im Gegensatz zu aktuellen Quantencomputing-Komponenten, die oft kundenspezifisch gefertigt werden, wird dieser Chip mit Standard-Chipfertigungstechniken hergestellt. Dies öffnet die Tür zur Massenproduktion und ermöglicht potenziell die Entwicklung von Quantenmaschinen, die weitaus größer und leistungsfähiger sind als alles, was derzeit möglich ist. "Dies ist ein Wendepunkt, weil es uns ermöglicht, uns von der maßgeschneiderten Einzelanfertigung hin zur skalierbaren Fertigung zu bewegen", sagte Jake Freedman, leitender Forscher des Projekts.
Quantencomputing verspricht, Bereiche wie Medizin, Materialwissenschaft und künstliche Intelligenz zu revolutionieren, indem es Probleme löst, die selbst für die leistungsstärksten klassischen Computer unlösbar sind. Die Entwicklung praktischer Quantencomputer wurde jedoch durch die Komplexität und die Kosten für den Bau und die Wartung der erforderlichen Hardware behindert. Aktuelle Quantensysteme benötigen oft große, energiehungrige Laser und komplexe optische Aufbauten, um Qubits zu steuern.
Der neue Chip begegnet diesen Herausforderungen, indem er die optischen Steuerelemente auf einem einzigen, kleinen und energieeffizienten Gerät integriert. Diese Miniaturisierung reduziert nicht nur die Größe und den Stromverbrauch von Quantencomputern, sondern macht sie auch stabiler und zuverlässiger. "Durch die Integration all dieser Komponenten auf einem einzigen Chip können wir die Komplexität und die Kosten für den Bau von Quantencomputern deutlich reduzieren", erklärte Freedman.
Die Entwicklung dieses Chips stellt einen bedeutenden Schritt zur Verwirklichung des Potenzials des Quantencomputings dar. Obwohl Quantencomputer noch nicht bereit sind, klassische Computer für alltägliche Aufgaben zu ersetzen, zeigen sie bereits in bestimmten Anwendungen wie der Wirkstoffforschung und dem Materialdesign vielversprechende Ergebnisse. Die Möglichkeit, Quantencomputing-Komponenten in Serie zu produzieren, könnte die Entwicklung leistungsfähigerer und vielseitigerer Quantencomputer beschleunigen und zu Durchbrüchen in diesen und anderen Bereichen führen.
Die Forschenden arbeiten nun daran, mehrere Chips in größere Quantensysteme zu integrieren und neue Anwendungen für die Technologie zu erforschen. Das Team glaubt, dass dieser neue Chip den Weg für die Entwicklung von Quantencomputern ebnen könnte, die nicht nur leistungsfähiger, sondern auch zugänglicher und erschwinglicher sind.
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