Spin Qubits: Mit Silizium und 50‑facher Temperatur zur Superposition

Volker Rißka 12 Kommentare
Spin Qubits: Mit Silizium und 50‑facher Temperatur zur Superposition
Bild: Intel

Intel streckt die Fühler beim Thema Quantencomputer auch in alternative Richtungen aus. Neben den klassisch supraleitenden Qubits will Intel eine Alternative auf Basis von Silizium, die Spin Qubits, anbieten. Auch diese sollen den Zustand der Superposition erreichen können, allerdings bei 50 mal wärmeren Umgebungstemperaturen.

Die Theorie hinter den Spin Qubits ist keine neue oder eine Erfindung von Intel. Bereits vor acht Jahren beschrieben Forscher der Princeton University und University of California (UCSB) die Manipulation von einzelnen Elektronen über Quantenpunkte. Seinerzeit wurden bereits Theorien beschrieben, um zwei Qubits manipulieren zu können und diese in den Zustand der Superposition versetzen zu können. So sollen sie letztlich das Potenzial bieten, durch das quantenphysikalische Phänomen der Überlagerung bestimmter Berechnungen theoretisch alle Möglichkeiten und Lösungen auf ein Mal durchzuspielen, da sie nicht nur die Wahl zwischen 0 und 1 haben. Am Ende sollen Systeme so bedeutend schneller rechnen als ein normaler Computer.

Exakt dort machen Intel und Forscher der niederländischen TU Delft (QuTech) weiter und streben erste Lösungen an, wie das in der Realität aussehen könnte, wenn nicht nur zwei oder bald einhundert sondern Millionen Qubits für kommerzielle Systeme benötigt werden. Aber sie sind nicht die einzigen, fast parallel dazu wurde vor wenigen Wochen ein ganz ähnlicher Ansatz im Science-Magazin veröffentlicht, der im August des letzten Jahres eingereicht wurde.

Klassische Fabriken für Quantencomputer

Die Vorteile der Spin Qubits sind in der zugrunde liegenden Fertigung und damit dem gesamten System zu finden. Gefertigt auf klassischen 300-mm-Silizium-Wafern und damit in den Fabriken, die es weltweit gibt, sehen sie aus wie ganz normale Chips, die nicht nur einen Größenvorteil und den besseren Zusammenhalt bieten. Denn supraleitende Qubits sind extrem empfindlich und reagieren auf kleinste Störquellen, ein entsprechender Zustands-/Datenverlust ist die Folge. Diesem wird unter anderem mit sehr geringen Temperaturen begegnet, wo die neue Lösung punkten kann.

Die Spin Qubits funktionieren bei Temperaturen von bis zu einem Kelvin und damit bei 50 Mal höheren Temperaturen, klassische Qubits aus supraleitenden Systemen müssen auf unter 20 mK herunter gekühlt werden. Dafür werden extreme Anforderungen an das Material gestellt, die meisten Systeme setzen derzeit auf ein Mischungskryostat und sehen entsprechend futuristisch aus. Die Größe verhindert zudem eine entsprechende Skalierungsmöglichkeit, zudem sind es extreme Kostentreiber, was die Durchsetzung im Markt behindern würde.

Ein Quantencomputer mit Supraleitern
Ein Quantencomputer mit Supraleitern

In dieser Woche soll die programmierbare Lösung von QuTech und Intel im Rahmen der American Association for the Advancement of Science (AAAS) demonstriert werden. Intel betont in dem Zusammenhang aber, dass auch die Forschungen an den supraleitenden Lösungen fortgesetzt werden, in denen quasi auch alle Mitbewerber, allen voran IBM und Google, aktiv sind. Laut Intel stehen alle Unternehmen noch immer erst in den Anfängen, der Konzern selbst hatte erst vor wenigen Wochen einen 49-Qubit-Testchip enthüllt. Intel betont wie auch die weiteren Forschungsgruppen in dem Bereich, dass es zudem nicht nur um die Hardware, sondern auch Software gehe. Dem stimmt Microsoft zu, die Redmonder hatten dazu passend vor wenigen Wochen ein erstes Quantum Development Kit Preview bereitgestellt.