Nach Jahrzehnten rasanter Entwicklung werden fundamentale Grenzen in der Miniaturisierung von Computer-Hardware erkennbar. Der ungebremst steigende Bedarf an leistungsfähiger Technologie erfordert neue Lösungsansätze. Auf den Gesetzen der Quantenphysik basierende Technologien werden absehbar eine Schlüsselrolle in diesem Prozess spielen. Rechenleistungen weit jenseits klassischer Computer würden Quantencomputer zu mächtigen Werkzeugen beim Design neuer Materialien und Chemikalien oder der Gewährleistung sicherer Kommunikation machen. Das langfristige Ziel des Clusters besteht darin Netzwerk- und Rechenarchitekturen zu realisieren, die durch Fehlerkorrekturprotokolle geschützt und schließlich mit einer Quantenversion des Internets verbunden sind. Dieses Ziel bringt eine Reihe an Herausforderungen mit sich, die sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der Technologie in frühen und späteren Stadien bewältigt werden müssen.

Die wissenschaftliche Struktur von ML4Q umfasst vier Schwerpunktbereiche (Focus Areas), die sich jeweils mit einer Reihe spezifischer Probleme befassen, die für die Mission des Clusters relevant sind. Alle Schwerpunkte umfassen sowohl theoretische als auch experimentelle Komponenten und überschreiten die Grenzen von Disziplinen und Institutionen. Focus Area 1 widmet sich der Realisierung von Majorana-Quasiteilchen, die sich als Träger von Quanteninformation besonders eignen, in topologischen Phasen von Festkörpern und kalten Atomen. Focus Area 2 zielt darauf ab, Majorana-Qubits als vielversprechende Alternative zu supraleitenden Qubits oder Spin-Qubits zu realisieren. Parallel dazu werden Protokolle zum Auslesen, Manipulieren und Fehlerkorrekturen entworfen. Focus Area 3 entwickelt Konzepte zum Schutz von Quanteninformation und untersucht den Betrieb von Quantengeräten unter realistisch vorhandenen Störfaktoren und erforscht topologische und rechnerische Quantenmaterie, die einem externen Antrieb ausgesetzt ist. Focus Area 4 konzentriert sich auf die Verknüpfung von Quantenverarbeitungseinheiten. Insbesondere werden Schritte unternommen, um integrierte atomare / optische und Festkörperplattformen zu realisieren und Quantenverbindungen zwischen heterogenen Qubit-Setups zu implementieren.

Beteiligte Institutionen:

• Forschungszentrum Jülich
• Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf