- Fujitsu hat den weltweit ersten funktionierenden Prototypen eines Diamant-Spin-Quantencomputers entwickelt.
- Der neue Prototyp kann bei -456,9 Grad Fahrenheit betrieben werden, was etwa 2,8 Grad Fahrenheit wärmer ist als die für supraleitende Quantencomputer erforderliche Temperatur.
- Das System verwendet Zinn-Fehlstellen-Zentren, die eine höhere Lichtemissionshelligkeit und Stabilität aufweisen.
- Fujitsu plant, bis 2030 die praktische Nutzung von Quantencomputern zu realisieren.
Der japanische Technologieriese Fujitsu hat den weltweit ersten funktionierenden Prototypen eines Diamant-Spin-Quantencomputers entwickelt, der Zinn-Fehlstellen-Zentren (SnV) in ein photonisches integriertes Schaltkreisdesign integriert. Dieser neue Prototyp kann bei -456,9 Grad Fahrenheit (-271,6 Grad Celsius) betrieben werden, was etwa 2,8 Grad Fahrenheit wärmer ist als die für supraleitende Quantencomputer erforderliche Temperatur von -459,6 Grad Fahrenheit (-273,13 Grad Celsius). Fujitsu erklärt, dass diese Technologie durch die Verwendung von Licht zur Verbindung der einzelnen Rechenmodule die Entwicklung leistungsfähigerer Quantencomputer vorantreiben könnte. Das Unternehmen plant, bis 2027 einen mehrteiligen Diamant-Spin-Prototypen zu entwickeln und strebt an, bis 2030 die praktische Nutzung von Quantencomputern zu realisieren.
Gemäß Fujitsus Quanten-Roadmap plant das Unternehmen, bis zum Geschäftsjahr 2030 ein System mit 250 logischen Quantenbits zu entwickeln und bis zum Geschäftsjahr 2035 ein System mit 1000 logischen Quantenbits zu realisieren. Dr. Kees Eijkel, Direktor von QuTech, sagte: "Wir freuen uns, den Prototypen des Diamant-Spin-Quantencomputers ankündigen zu können, der das Ergebnis der seit 2020 bestehenden Zusammenarbeit zwischen Fujitsu, der Technischen Universität Delft und QuTech ist."
Neue Qubit-Technologie
Der Prototyp beruht auf Gitterdefekten in Diamantkristallen, die auch als Farbzentren bekannt sind, um Qubits zu erzeugen. Diamant-Spin-Systeme basieren in der Regel auf Stickstoff-Fehlstellen-Zentren (NV), die entstehen, wenn ein Stickstoffatom benachbarte Kohlenstoffatome im Diamantgitter ersetzt. Für das neue System haben die Ingenieure jedoch Zinn-Fehlstellen-Zentren (SnV) verwendet. Diese Defekte haben in der Diamantstruktur ein Zinnatom, das zwischen zwei Leerstellen liegt. Fujitsu erklärt, dass ihre symmetrische Struktur die SnV-Zentren weniger anfällig für externes Störungen macht als die herkömmlichen NV-Zentren.
Darüber hinaus ist die Lichtemissionshelligkeit der SnV-Zentren etwa 10-mal höher als die der NV-Zentren, was die optische Verbindung zwischen den Quantenmodulen verbessern und die Effizienz der Fehlerkorrektur erhöhen könnte.
Die Eigenschaften des Systems können den Quantenzustand stabil halten und ermöglichen die Bildung von logischen Qubits mit weniger physikalischen Qubits als bei konkurrierenden Methoden erforderlich (physikalische Qubits, die in Gruppen verwendet werden, um Quantenberechnungen gemäß den Quantenalgorithmen auszuführen). Fujitsu hat zunächst ein Verfahren entwickelt, um hochwertiges Zinn in Diamantsubstrate zu implantieren und mit Aluminiumoxid- und Siliziumdioxidsubstraten zu verbinden. Die Dicke des Diamanten wurde von mehreren hundert Mikrometern auf nur wenige hundert Nanometer reduziert, um sie in Quantenchips zu integrieren.
Zukunftspläne für Quantencomputing
Das Unternehmen hat auch ein photonisches integriertes Schaltkreisdesign erstellt, das nanoskalige Diamantkristalle, die SnV-Zentren enthalten, mit Aluminiumoxid-Lichtwellenleitern kombiniert. Schließlich hat Fujitsu einen Mechanismus geschaffen, der Diamant-Spin-Qubits durch Licht, Mikrowellen und Radiowellen steuern kann. Fujitsu Chief Technology Officer Vivek Mahajan sagte: "Die in diesem Prototypen angewandte Diamant-Spin-Methode hat nicht nur eine hervorragende Skalierbarkeit, sondern auch das Potenzial, mit supraleitenden Quantencomputern integriert zu werden, um ihre Fähigkeiten weiter auszubauen und komplexere großangelegte Berechnungen zu ermöglichen."
Das Gerät wurde im Testumfeld auf der Fujitsu Hybrid-Quantencomputing-Plattform betrieben. Laut dem Unternehmen können Nutzer ohne zusätzliches Fachwissen diese neue Hardware steuern. Mahajan fasste in einer Erklärung zusammen: "Gemäß unserer Roadmap wird Fujitsu weiterhin die praktische Nutzung von Quantencomputing vorantreiben, indem es in den Bereichen von Software bis Hardware arbeitet, während es die entscheidenden Vorteile der Diamant-Spin-Methode, einschließlich hoher Wiedergabetreue und optischer Konnektivität, nutzt, um bis zum Geschäftsjahr 2030 ein System mit 250 logischen Qubits und bis zum Geschäftsjahr 2035 ein System mit 1000 logischen Qubits zu erreichen."
Projekt Spezifikationen Betriebstemperatur -456,9 Grad Fahrenheit (-271,6 Grad Celsius) Zinn-Fehlstellen-Zentren Existieren in der Diamantstruktur Lichtemissionshelligkeit Etwa 10-mal höher als die der NV-Zentren
Potenzial und Herausforderungen des Diamant-Spin-Quantencomputers
Fujitsus Prototyp eines Diamant-Spin-Quantencomputers markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Quantencomputing-Technologie. Durch die Verwendung von Zinn-Fehlstellen-Zentren übertrifft das System die traditionellen Stickstoff-Fehlstellen-Zentren in Bezug auf Stabilität und Lichtemissionshelligkeit, was für die Verbesserung der Effizienz des Quantencomputings entscheidend ist. Darüber hinaus könnte die höhere Betriebstemperatur die praktische Nutzung von Quantencomputern realistischer machen. Doch Fujitsu muss noch technische Herausforderungen überwinden, um seine Ziele für das Quantencomputing bis 2030 zu erreichen und sicherzustellen, dass sein System mit der bestehenden Technologie der supraleitenden Quantencomputer integriert werden kann.