Quantencomputer haben im Moment Hochkonjunktur, und enorme Fortschritte sind zu verzeichnen bei Materialien, Fabrikation, Integration und Kontrolle der Qubits, beim Verständnis der Fehlerquellen und mit besseren Quantenalgorithmen. Dennoch ist in diesem interdisziplinären Feld noch einiges an Innovation und Technologie nötig, um schlussendlich einen Quantencomputer zu bauen, mit dem sich auf klassischen Rechnern unlösbare Probleme berechnen lassen.

Dieses Seminar brachte vom 13. bis 17. Januar 2019 im Physikzentrum in Bad Honnef führende Wissenschaftler der universitären und industriellen Forschung zusammen, die mit unterschiedlichen Qubit-Implementationen an skalierbaren Quantensystemen forschen. Yoshihisa Yamamoto (Stanford) eröffnete das Seminar mit einem spannenden Abendvortrag über die Möglichkeiten von „Coherent Ising Machines“. Die Gruppen, die an Quantensystemen mit Ionenfallen arbeiten, zeigten eindrucksvoll die Fortschritte hin zu dem Ziel, mit 50 und mehr Ionen Quantenalgorithmen auszuführen. Unterschiedliche Ansätze zur Kopplung von mehreren Ionenfallen sollen es zudem erlauben, ein Hauptproblem in deren Skalierung zu überwinden. Zu Systemen, die auf supraleitenden Qubits basieren, wurden zukunftsweisende Schritte zur 3D-Integration von Qubit- und Kontrollchips gezeigt und Softwareplattformen zur effizienten Kalibrierung von Quantenchips mit hundert(en) von Qubits vorgestellt. Erste Realisierungen von kompletten Quantencomputersystemen lassen sich zudem über das Internet von beliebigen Anwendern programmieren (IBM-Q). Darüber hinaus wurden erste Resultate zu Halbleiter-basierten Qubits auf Chips gezeigt, die mit herkömmlichen Silizium-Fabrikationsprozessen hergestellt wurden.

Neben diesen technologischen Fortschritten beleuchteten Fachvorträge auch die Anwenderseite. Dabei wurde klar, dass die Fehlerraten existierender Systeme schon bei relativ simplen Problemen ein limitierender Faktor sein können. Dies war auch Thema einer angeregten Podiumsdiskussion über das Zusammenspiel zwischen Quantensoftware und -hardware.

Das Seminar zeigte, dass sich dank der aktuellen Investitionen in diese Technologien sowohl die Software als auch die Qualität und Kontrolle der Quantenchips kontinuierlich verbessern. Damit rückt die erste Demonstration eines Quantenalgorithmus, der den Vorteil eines Quantencomputers gegenüber einem klassischen Rechner belegt, wieder ein Stück näher.

Wir danken der WE-Heraeus-Stiftung für die großzügige finanzielle und organisatorische Unterstützung dieses Seminars.

Prof. Dr. David DiVincenzo, RWTH Aachen und FZ Jülich

Dr. Stefan Filipp, Dr. Andreas Fuhrer, IBM Research Zürich

Prof. Dr. Frank Wilhelm-Mauch, Universität des Saarlandes