Quantenrechner versprechen, eine Vielzahl bislang nicht berechenbarer Probleme effizient lösen zu können. Schon heute, in der sogenannten NISQ-Ära (Noisy Intermediate-Scale Quantum), ermöglichen sie es, kleine spezifische Aufgaben zu meistern und die grundlegende Funktionsweise einer Vielzahl von Algorithmen aufzuzeigen, ohne jedoch vollständige Fehlerkorrektur bieten zu können. Dieses Seminar brachte vom 10. – 13. Januar viele führende Wissenschaftler aus Universitäten und Industrie zusammen, die mit unterschiedlichen Qubit-Implementationen an skalierbaren Quantensystemen forschen. Statt im Physikzentrum fand das Seminar virtuell statt, wobei die Plattform MeetAnyway einen idealen Rahmen bot, um dennoch in den Pausen zwischen den sehr gut besuchten Vorträgen und bei den virtuellen Posterwänden angeregt diskutieren zu können.

Der Hauptfokus des Seminars lag auf den drei Plattformen gefangene Ionen, supraleitende Qubits und Spin-Qubits in Quantenpunkten. Anhand Ionen-basierter Quantensysteme wurde auf die Wichtigkeit von skalierbaren Charakterisierungsmethoden für den zuverlässigen Betrieb eines Quantencomputers ebenso hingewiesen, wie Fehler­korrektur­algorithmen gezeigt und Mikrowellengatter mit hoher Güte präsentiert wurden. Zudem wurde die Verschränkung von weit entfernten Ionen zur besseren Skalierung diskutiert.

Bei den Plattformen mit inzwischen bis zu 50 (!) supraleitenden Qubits gelang es, erste Anzeichen eines Quantenvorteils anhand eines Zufallsalgorithmus sowie die Stabilität eines logischen Qubits zu zeigen, beides wichtige Schritte in Richtung Anwendungsorientierung und praktischer Nutzbarkeit von Quantenprozessoren. Experimente zur Störung durch Materialdefekte oder die kosmische Höhenstrahlung weisen den Weg zu einer weiteren Verbesserung.

Zu den deutlich kleineren, auf klassischer Siliziumtechnologie basierten Spin-Qubits wurden erste Resultate von mit herkömmlichen Fabrikationsprozessen hergestellten Chips gezeigt. Diese Systeme lassen sich ohne große Kohärenzverluste auch bei höheren Temperaturen betreiben, wie die vorgestellten Ergebnisse von Lochspin-Qubits bei 4,2 K zeigen.

Diese Einblicke in den Stand der Hardwaretechnologie ergänzte Charles Marcus (Kopenhagen und Microsoft) mit einem Überblick in den Entwicklungsstand von topologischen Quantensystemen ideal. Als wichtiger Skalierungsaspekt wurden zudem theoretische Konzepte zur verbesserten Kontrolle der Quantensysteme vorgestellt, die Herausforderungen bei der Operation von Kontrollelektronik bei tiefen Temperaturen diskutiert sowie beeindruckende Weiterentwicklungen auf der Ebene der Algorithmen gezeigt. Wenn es auch noch einige Herausforderungen auf dem Weg zu einer praktischen Anwendung zu meistern gilt, so zeigte das Seminar doch das stetig steigende Interesse an Quantencomputern und die großen Fortschritte. Wir danken der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung für die organisatorische Unterstützung und die Bereitstellung des virtuellen Tagungsraums.
 

Prof. Dr. Stefan Filipp, Walther-Meissner-Institut, Garching

Dr. Andreas Fuhrer, IBM Zurich

Prof. Dr. Frank Willhelm-Mauch, U des Saarlandes

Dr. Maud Vinet, CEA-Grenoble, France