Quantum Information Systems Beyond Classical Capabilities

Nach jahrzehntelanger experimenteller und theoretischer Forschung wurde nun ein neues Niveau auf dem Gebiet der Quantentechnologien erreicht. Dadurch ist es mittlerweile möglich, Quantensysteme bestehend aus rund zehn Atomen, Supraleitern oder Photonen mit sehr hoher Präzision zu steuern und für Quanteninformationsanwendungen heranzuziehen. Trotz dieses großen Fortschrittes ist es ein herausfordernder Weg bis zur Realisierung eines vollwertigen Quantencomputers, der mit Hilfe tausender Quantenteilchen Aufgaben lösen kann, die für ein herkömmliches Gerät, basierend auf den Gesetzen der klassischen Physik, nicht oder nur sehr schwer möglich sind. Die Ziele dieses SFB Projektes Beyond C sind das Angehen dieser Herausforderungen. Das Lösen dieser erlaubt unter anderem die Realisierung eines mittelgroßen Quantencomputers, der Prozesse zulässt dessen Resultate nicht mit klassischen Computern erzielt werden können. Diese Forschung wird in enger Zusammenarbeit ausgewählter theoretischer und experimenteller Forschungsgruppen ausgeführt werden. Beyond C baut daher auf dem breiten Wissens-Spektrum vieler verschiedener, individueller Experimente auf und kombiniert unterschiedliche, theoretische und experimentelle Ansätze. Die unterschiedlichen Blickwinkel werden es ermöglichen neue Konzepte zu entwickeln, um das Beste aus den bestehenden und den neu zu entwickelnden Technologien herauszuholen. Die in Beyond C betrachteten Systeme für die Konstruktion eines mittelgroßen Quantenprozessors reichen von Photonen über Ionen zu Supraleitern. Gänzlich neue Methoden für die Realisierung sowie die Überprüfung der Verarbeitung werden entwickelt und im Experiment gründlichen Tests unterzogen. Zusätzlich werden neue, auf den Prinzipien der Quantenphysik beruhende Protokolle, wie das Maschinelle Lernen, eingeführt und weiterentwickelt. Es ist zu erwarten, dass die Ergebnisse dieses SFB Konsortiums - bestehend aus sieben Experimentalgruppen geleitet von G. Kirchmair, T. Monz und G. Weihs für die Universität Innsbruck, von Ch. Roos für IQOQI Innsbruck (ÖAW), von J. Fink für IST Austria, von Ph. Walther für die Universität Wien, von R. Ursin für IQOQI Vienna (ÖAW) - sowie sechs Theoriegruppen - geleitet von H. J. Briegel, B. Kraus und W. Lechner für die Universität Innsbruck, von C. Brukner und F. Verstraete für die Universität Wien, von J. I. Cirac für das Max Planck Institut für Quantenoptik (Garching, Deutschland) - weitreichende Konsequenzen für zukünftige Quantentechnologien haben werden. Beyond C ist daher essentiell für die Zusammenarbeit und Nutzung von Synergien innerhalb des Konsortiums, sowie für die Förderung und Integration der nächsten Generation an Wissenschaftlern.