Neues Quantenchip-Konzept lässt Qubits über Vibrationen kommunizieren

Ein neues Quantenchip-Konzept könnte eines der größten Probleme von Quantencomputern lösen: die Verschränkung von Qubits über größere Distanzen hinweg. Dafür wollen Forscher der Universität Warwick und NCR Canada Vibrationen direkt auf dem Quantenchip nutzen. 

Auf heutigen Quantenchips können meist nur benachbarte Qubits miteinander kommunizieren. Das wird derzeit meist mithilfe von Tunnelkopplung erreicht, bei der Quantenteilchen die Barriere zwischen 2 nebeneinanderliegenden Qubits überwinden können. Für komplexe Quantencomputer ist das aber zu wenig. Auf deren Quantenchips müssen Millionen von Qubits zusammenarbeiten, nicht nur einzelne verstreute Cluster. 

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Phononen werden zum Quantenbus

Mit dem neuen Konzept soll genau das gelingen. Qubits könnten demnach auf dem gesamten Chip auch über größere Distanzen hinweg Informationen austauschen. Erreicht wird das über Phononen, also winzige Soundvibrationen, so die Idee der Forscher. „Unsere Arbeit stellt ein neues Konzept vor, bei dem Phononen als Quantenbus dienen. Das ermöglicht es voneinander entfernten Qubits Informationen auszutauschen und gleichzeitig mit Halbleitertechnologie kompatibel zu bleiben“, sagt Maksym Myronow von der Universität Warwick in einem Statement.

Damit das gelingt, ist ein spezifisches Material nötig, das an der Universität Warwick entwickelt wurde: Gestauchtes Germanium (cs-GoS). Qubits die in diesem Material sitzen, reagieren besonders gut auf die Vibrationen. Prinzipiell könnten die Phononen so manipuliert werden, dass sie Informationen über einen kompletten Halbleiter-Chip von bis zu 300 mm übertragen können, so die Forscher. 

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Es ist nicht das erste Mal, dass ein solches Konzept akustische Wellen für die Informationsübertragung vorgeschlagen wird. Allerdings waren dafür in der Vergangenheit immer komplexe Chiparchitekturen nötig. Die von den Forschern vorgeschlagenen Quanten-Phononen-Links könnten im Gegensatz dazu aber direkt in das etablierte Halbleiter-Material integriert werden. Das Konzept könnte demnach eine günstigere, kompakte und skalierbare Lösung für künftige kommerzielle Quantenprozessoren sein, hoffen die Forscher. Ihr Konzept beschreiben sie im Fachmagazin APL Quantum.