IQDA - Ionenfallen-basierte Quantencomputer mit Co-Design-Elementen

Das Potenzial von Quanteninformationstechnologien zählt zu den grundlegenden und wegweisenden Kompetenzen der Zukunft. Es besteht die Möglichkeit, mit dem daraus resultierenden Leistungsvermögen Schlüsselbranchen zu revolutionieren. Unter allen Technologien stellen Quantencomputer einen strategisch, zukunftsrelevanten und aktuell nahezu exponentiell wachsendem Forschungs- und Entwicklungsbereich dar, für den jetzt auf nationaler und internationaler Bühne die entscheidenden Weichen gestellt werden. Um ihre Entwicklung voranzutreiben, bindet die DLR Quantencomputing-Initiative Partner aus Industrie und Wirtschaft sowie der Forschung ein. So kann das DLR Quantencomputer beschaffen, betreiben sowie für relevante Anwendungen nutzbar machen und eigene Kompetenzen weiterentwickeln. Das Projekt „Ionenfallen-basierte Quantencomputer mit Co-Design-Elementen“ (IQDA) ist ein zentraler Bestandteil der Quantencomputing-Initiative des DLR und wird vom DLR-Institut für Softwaretechnologie geleitet. Dieses ambitionierte Vorhaben verfolgt das Ziel, die vielversprechende Technologie der Ionenfallen für das digitale-analoge Quantenrechnen weiterzuentwickeln und zu optimieren. Ionenfallen sind eine der führenden Plattformen im Quantencomputing, da sie es ermöglichen, einzelne Ionen präzise zu kontrollieren und als Quantenbits (Qubits) zu nutzen. Diese Qubits können aufgrund ihrer Stabilität und Zuverlässigkeit besonders gut für komplexe Quantenrechnungen eingesetzt werden. Im Rahmen des IQDA-Projekts liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Erforschung und Implementierung von Technologien für das Digitized Adiabatic Quantum Computing (DAQC) sowie das Digital-Analog Quantum Computing (DAQ). Beim DAQC wird der adiabatische Rechenprozess, bei dem das System langsam von einem Anfangszustand in einen Endzustand überführt wird, in eine sequenzielle digitale Form überführt. Dies ermöglicht die Nutzung der Vorteile adiabatischer Prozesse, während gleichzeitig die Flexibilität und Präzision digitaler Steuerung beibehalten wird. Das DAQ kombiniert hingegen digitale und analoge Rechenschritte in einem hybriden Ansatz. Dieser Ansatz nutzt die Vorteile beider Welten: Die hohe Präzision und Fehlertoleranz digitaler Steuerungen wird mit der natürlichen Dynamik und Effizienz analoger Systeme verknüpft. Besonders bei der Verwendung von Ionenfallen können diese hybriden Ansätze vielversprechende Ergebnisse liefern, da die Ionen in den Fallen sowohl für digitale Logikgatter als auch für analoge Wechselwirkungen genutzt werden können. Das Projekt IQDA zielt darauf ab, diese fortschrittlichen Rechenmethoden speziell auf die Eigenschaften und Herausforderungen von Ionenfallen anzupassen. Dabei werden auch Co-Design-Elemente integriert, die eine enge Verzahnung von Hardware- und Softwareentwicklung ermöglichen. Durch die Kombination von digitalem und analogem Quantenrechnen könnten zukünftig effizientere und skalierbarere Quantencomputer entwickelt werden, die die Vorteile beider Rechenansätze voll ausschöpfen. Die Forschung im Rahmen des IQDA-Projekts trägt somit entscheidend dazu bei, die Grundlagen für die nächste Generation von Quantencomputern zu legen. Die hier ausgeschriebene Industriebeteiligung am Projekt IQDA setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen. Der erste Teil ist die direkte Mitarbeit am Projekt, der zweite Teil die Einbindung über einen Technologietransfer. Weitergehende Informationen sind der den Vergabeunterlagen beigefügten Leistungsbeschreibung zu entnehmen.