Seminarbericht

Derzeit arbeiten weltweit Forscher an der Realisierung von universell verwendbaren Quantencomputern und insbesondere an Quantensimulatoren mit mittelfristig bis zu einigen hundert Qubits. Mit solchen Quantensimulatoren sollten bereits Rechnungen möglich sein, die sich selbst mit den leistungsfähigsten konventionellen Supercomputern nicht in handhabbarer Zeit lösen lassen. Hierzu gehören zum Beispiel Optimierungsprobleme aus dem Bereich der Physik, der Quantenchemie mit möglichen Anwendungen in der Pharmazie und der Materialforschung. Für die weitere Skalierung hin zu höherer Güte der quantenlogischen Operationen und hin zu größeren Zahlen an Qubits – notwendig für universelles fehlertolerantes Quantencomputing – stehen Herausforderungen an, die von einer wissenschaftlichen Disziplin nicht zu meistern sind und stattdessen die intensive Zusammenarbeit von Forschern aus vielen Bereichen der naturwissenschaftlich-mathematischen Grundlagenforschung und der Ingenieurswissenschaften erfordern.

Ziel dieses Seminars, das vom 23. bis 26. April im Physikzentrum Bad Honnef stattfand, war es deshalb, Experten aus den Natur- und Ingenieurswissenschaften zusammen zu bringen, um Synergien zwischen unterschiedlichen Ansätzen zu identifizieren und die heute anstehenden Herausforderungen in Hinblick auf die echte Skalierbarkeit von Quantencomputern aufzuzeigen.

Eröffnet wurde das Seminar mit drei ausführlichen Übersichtsvorträgen zu den derzeit wohl vielversprechendsten Ansätzen für echte Skalierbarkeit: supraleitenden Qubits, Qubits basierend auf gespeicherten Ionen und Halbleiter-basierten Qubits. Das weitere Programm umfasste 15 Vorträge und 33 Poster internationaler Experten aus Wissenschaft und Industrie, die eine breite Palette an Aspekten zur Skalierbarkeit der unterschiedlichen physikalischen Ansätze umfassten. Hierzu gehören z. B. kryogene CMOS-Elektronik und Signalgeneratoren für die Steuerung von Qubits, Methoden der Messung von Qubit-Zuständen und zur Aufklärung der Abhängigkeit der Kohärenzzeit von Materialeigenschaften, Experimente und Theorie zur Fehlerkorrektur, die Herstellung von Ionenfallenchips oder Einzelphotonenquellen bis hin zur Demonstration komplexer Quantenalgorithmen. Auch zur geplanten Förderung der Quantentechnologien in Deutschland durch das BMBF gab es einen Ausblick.

In drei „Break-Out-Sessions“ diskutierten die Teilnehmer intensiv die Themen „Research meets Engineering“, „Open Science vs. Commercialization“ und „Software Synergies“. Es wurde auch deutlich, dass zur Realisierung eines skalierbaren universellen Quantencomputers in noch stärkerem Maß koordinierte Aktivitäten zwischen diversen Forschergruppen etabliert werden müssen, unter enger Einbindung interessierter Akteure aus der Industrie.

Unser großer Dank gilt der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung und ihren Mitarbeitern für die großzügige finanzielle Unterstützung und die exzellente Unterstützung in allen organisatorischen Angelegenheiten.

Prof. Dr. Christof Wunderlich, U Siegen
Dr. Carsten Degenhardt, FZ Jülich