Technologie - SaxonQ

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Warum sind Quantencomputer in ihrer Rechenleistung bisherigen Computern überlegen? Das liegt an zwei quantenmechanischen Phänomenen, die unserer alltäglichen Erfahrung widersprechen: Superposition und Verschränkung, also die Gleichzeitigkeit von verschiedenen Zuständen und die definierte Verbindung von mehreren Teilchen über Distanz. SaxonQ setzt diese Eigenschaften mit der alltagstauglichen NV-Technologie in einem Quantencomputer ein.

Superposition

Ein digitaler Computer rechnet mit 0 und 1. Also zwei klar definierte Zustände, entweder oder. Ein Qubit, das Bit des Quantencomputers, kann dagegen gleichzeitig 0 und 1 und alles dazwischen sein – bekannt als der „Schrödingers-Katze-Zustand“. Die Katze ist tot und lebendig zur gleichen Zeit, bis wir nachschauen. Bis zur Messung des Qubits kann der Quantencomputer alles in unbeobachteten Schritten (sogenannte Gatteroperationen) berechnen und ist deshalb zu exponentiell mehr Rechenleistung fähig als herkömmliche Computer.

Verschränkung

Das zweite quantenmechanische Phänomen ist die Verschränkung. Dabei sind zwei oder mehr Qubits miteinander verbunden und reagieren aufeinander – ohne, dass ein sichtbarer Kontakt nötig wäre. Das funktioniert auch über größere Distanz. Albert Einstein nannte dieses Phänomen eine „spukhafte Fernwirkung“ und glaubte nicht, dass das überhaupt möglich sei. Noch heute unvorstellbar, aber gut verstanden und nutzbar, bildet die Verschränkung zusammen mit der Superposition die Schlüsselfunktionalität des SaxonQ-Quantencomputers.

NV-Technologie macht den Quantencomputer alltagstauglich

Wir bringen diese Phänomene als eine der wenigen Unternehmen in einen industrietauglichen Computer, der bei Raumtemperatur und ohne große Peripherie funktioniert – andere Systeme müssen auf -273 Grad – fast an den absoluten Nullpunkt – gekühlt werden und sind empfindlich gegen Umwelteinflüsse. Der Schlüssel dazu ist Diamant. Das ideale Material für unsere hochpräzisen, zeitstabilen Qubits.

Der SaxonQ-Diamantchip enthält Milliarden von Kohlenstoffatomen. Die Qubits wiederum werden aus einzelnen Stickstoffatomen hergestellt, die wir in das Diamantgitter einfügen. Jedes Stickstoffatom bildet nun zusammen mit einem benachbarten fehlenden Kohlenstoffatom ein NV-Qubit (Nitrogen-Vacancy-Zentrum). Atomkerne in der Nähe des NV-Zentrums tragen zusätzliche Qubits zum Quantenprozessor bei.

Vorteile der NV-Technologie

Raumtemperatur

Die NV-Zentren werden vom „warmen“ Diamantgitter entkoppelt und nur die Qubits per Laser gekühlt. Damit funktioniert das System zuverlässig bei Raumtemperatur.

Mobil

Wenig Platz, geringes Gewicht, niedriger Energieverbrauch – der Computer ist mobil an jedem Ort mit einer Steckdose zu betreiben – solange er trocken bleibt.

Nachhaltig

Geringer Energieverbrauch und effizienter Ressourceneinsatz machen die NV-Technologie äußerst nachhaltig – vor allem vor dem Hintergrund der enormen Rechenleistung.

Multi-Qubit

Die NV-Technologie ermöglicht schnelle und einfache Gate-Operationen zur Verschränkung. In Mehr-Qubit-Operationen steuert jedes NV-Zentrum gleichzeitig mehrere benachbarte Kern-Qubits.

Skalierbar

Die NV-Zentren werden in Arrays angeordnet und sind dadurch hoch skalierbar. Außerdem sind nur wenige Steuerleitungen für die vollständige Kontrolle nötig.

Multicore – 80 Qubits

In unseren Multicore-Computern arbeiten mehrere NV-Chips gleichzeitig , um Ihre Anwendungen zu beschleunigen und Quantenfehler zu reduzieren. Derzeit umfasst unser Standardangebot ein 80-Qubit-Multicore-System.

Qiskit-kompatibel

Die Computer können über Qiskit, OpenQASM und unsere eigene Quanten-Gatesprache programmiert werden. Lassen Sie uns wissen, welchen Code Sie auf unsere Chips bringen möchten.

Industrietauglich

Der SaxonQ-Quantencomputer funktioniert überall dort, wo Sie ihn brauchen – in Ihrer Fabrik, Büro oder Labor.

Skalierbare Herstellung der Diamant-Chips

Die SaxonQ-Qubits werden in einem patentierten Herstellungsprozess unter Verwendung von Stickstoffimplantation und Schwefel-Koimplantation in Diamant produziert. Dies ermöglicht die Herstellung großer Qubit-Arrays mit nanometergenauer Präzision und hoher Ausbeute.

Der Herstellungsprozess der Chips ist von bewährten Verfahren in der Halbleiterindustrie abgeleitet und dadurch einfach skalierbar

Wissenschaftliche Referenzen (Auswahl)

S. Pezzagna, J. Meijer, Quantum computer based on color centers in diamond, Appl. Phys. Rev. 8, 011308:1-17 (2021)

T. Lühmann, J. Meijer, S. Pezzagna, Charge-assisted engineering of color centers in diamond, Phys. Stat. Sol. A 218, 2000614:1-17 (2021)

R. Staacke, R. John, M. Kneiß, C. Osterkamp, S. Diziain, F. Jelezko, M. Grundmann, J. Meijer, Method of full polarization control of microwave fields in a scalable transparent structure for spin manipulation, J. Appl. Phys. 128, 194301:1-9 (2020)

R. Staacke, R. John, M. Kneiß, M. Grundmann, J. Meijer, Highly transparent conductors for optical and microwave access to spin based quantum systems, NPJ Quantum Information 5, 98:1-5 (2019)

Ein neues Computerzeitalter

Quantencomputer sind nicht nur die Hoffnungsträger der IT-Industrie, sondern könnten unsere technische Lebenswelt komplett transformieren. Mit vielfach leistungsfähigeren Prozessoren als herkömmliche Computer versprechen sie ungeahnte Möglichkeiten für Industrie, Forschung und Cybersicherheit.

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