Innovationsfeld - Informationsverarbeitung für Quantentechnologien

Vielteilchen-Atomgatter in Quantencomputern mit kalten Atomen 

Quantenbauelemente im großen Maßstab eröffnen Möglichkeiten, die über das klassische Rechnen hinausgehen, insbesondere in der Quantensimulation. Da Quantensysteme auf absehbare Zeit begrenzt bleiben werden, sind hybride Ansätze, die klassische Simulationen mit Quantenentwicklung kombinieren, zur Überbrückung notwendig. Die Simulationsaufgabe wird so weit wie möglich klassisch gelöst, wobei nur der klassisch schwierige Teil als zweiter Verarbeitungsschritt dem Quantencomputer überlassen wird. Der Ausgangszustand der klassischen Routine dient somit als Ausgangsbedingung für die Quantenroutine und muss daher effizient vorbereitet werden. MAGICQ zielt darauf ab, diesen Prozess auf einer auf kalten Strontiumatomen basierten Apparatur mithilfe von Multi-Qubit-Gates und dynamischen geometrischer Neuanordnung zu optimieren, die durch das ABAQUS-Tweezer-System ermöglicht wird. Diese Funktionen ermöglichen die gleichzeitige Interaktion mehrerer Atome, wodurch die Schaltungstiefe reduziert und leistungsfähigere adiabatische und gate-basierte Vorbereitungsalgorithmen ermöglicht werden. Über einen Zeitraum von zwei Jahren werden die MAGICQ-Projektleiter Tilman Pfau und Florian Meinert (Stuttgart), Martin Gärttner (Jena) und Patrick Emonts (Ulm), das Gerät benchmarken, geeignete Vorbereitungsmethoden entwickeln und diese experimentell demonstrieren, um den Weg bis zur erfolgreichen Implementierung mit Hunderten von Atomen und Quantensimulationen, an denen klassische Rechner scheitern, zu ebnen.