Forschung

Eine der großen wissenschaftlichen Herausforderungen dieses Jahrzehnts besteht darin, eine Architektur zu entwerfen und eine Methodik zu entwickeln, die ein nützliches Quantencomputing ermöglicht. Im Wesentlichen geht es darum, eine große, nicht-triviale Menge von Quanten in einer kohärenten und kontrollierbaren Weise unterzubringen. In unserem Institut arbeiten wir an der Entwicklung von supraleitenden Qubits, die sich um drei Forschungsthemen gruppieren.

Quantum Devices

Die Kombination von Quantenkohärenz und Steuerbarkeit in einer skalierbaren Architektur ist eine offene Herausforderung. Wir bauen planare supraleitende Qubits mit standardisierten Methoden und Materialien, erforschen aber auch unkonventionelle Ansätze. Unser Fokus liegt dabei auf dem Qubit-Design, der Bauelementarchitektur und den Materialien. Unser Ziel ist es, die limitierenden Mechanismen für die kohärente Nutzung unserer Systeme aufzuklären und voranzutreiben. Darüber hinaus bietet uns der Aufbau unserer Geräte einzigartige Möglichkeiten, problemspezifische Wechselwirkungen in die Quantenhardware einzubetten.

Quantenalgorithmen

Bei der Ausführung von Quantenalgorithmen wird der Zustand vieler Qubits durch das gezielte Anlegen von Strom- und Spannungspulsen an den Quantenschaltkreis kohärent manipuliert. Ein Schlüsselelement besteht darin, die nativen Wechselwirkungen in der supraleitenden Vorrichtung zu nutzen, um Quantenlogikgatter zu konstruieren, die wiederum die Bausteine für große Algorithmen bilden. Ein wichtiger Teil ist die Quantifizierung der Leistung mit zuverlässigen Werkzeugen, die auf kleine und große Systeme angewendet werden können. Die Entwicklung solcher Validierungswerkzeuge ist inhärent mit Algorithmen verbunden, da physikalische Probleme als Inspirationsquelle dienen können.

Cryogenic Engineering

Wir arbeiten mit supraleitenden Qubits, die auf eine Temperatur von lediglich 10 Millikelvin über dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden. Dabei ist zu beachten, dass die Quantenmechanik-Umgebung von unvorhergesehenen intrinsischen und extrinsischen Mechanismen wie thermischer Strahlung, Streumagnetfeldern und anderen Störquellen beeinflusst werden kann. Es bedarf außerdem einer Zuführung von hochfrequenten Mikrowellen- und niederfrequenten Flusssteuerungssignalen von außen.