Wettstreit der Quantensysteme
Es gibt diverse Ansätze, Quantencomputer zu entwickeln. Jeder hat seine Vor- und Nachteile. Welches System sich durchsetzen wird, ist noch offen. Ein Überblick über einige der Favoriten.
Photonen
Lichtteilchen (Photonen) werden in sogenannten Wellenleitern durch den Prozessor geführt. Durch optische Komponenten oder Photodetektoren werden sie miteinander verbunden und manipuliert. Photonische Qubits brauchen keine extreme Kühlung. Allerdings ist die Wechselwirkung zwischen Photonen gering und die Programmierbarkeit solcher «fliegender Qubits» eingeschränkt.
Supraleitende Schaltkreise
Sie bestehen aus supraleitenden Drähten, in denen Strom verlustfrei hin und her schwingt. Qubits werden durch Mikrowellenstrahlen angesteuert und manipuliert. Operationen lassen sich damit sehr schnell ausführen, allerdings kollabieren die Qubits rasch wieder. Ein weiterer Nachteil der Methode:
Die Schaltkreise müssen bis fast auf den absoluten Nullpunkt von minus 273,15 Grad Celsius heruntergekühlt werden.
Ionenfallen
Ionisierte Atome oder Moleküle werden eingefangen und durch elektromagnetische Felder und Laser manipuliert. Die so entstehenden Qubits sind sehr stabil und lassen sich mit hoher Genauigkeit kontrollieren. Allerdings sind Berechnungen mit Ionenfallen-Qubits sehr langsam. Zudem ist es bisher schwierig, grosse Qubit-Mengen auf einem Chip zu realisieren.
Quantenpunkte
Elektroden erzeugen in Halbleitern ein elektrisches Feld, in denen sich einzelne Elektronen einfangen lassen. In diesen Quantenpunkten können Spin-Zustände der Teilchen durch Mikrowellen gesteuert werden. Ein grosser Vorteil solcher Methoden ist, dass sie auf der bereits bestehenden Halbleitertechnologie aufbauen. Allerdings müssen Quantenpunkte auf beinahe absolute Nulltemperatur gekühlt werden und benötigen sehr reine Materialien.
Diamantgitter
In künstlich gezüchtete Diamantgitter werden gezielt Fremdatome und somit ein zusätzliches Elektron eingebaut. Dessen Spin-Zustand lässt sich durch Laserlicht kontrollieren. Diamant-Qubits sind kompakt und lassen sich bei Raumtemperatur betreiben. Allerdings ist es bis heute schwierig, eine grosse Anzahl Qubits zu erzeugen und zu kombinieren.
Neutrale Atome
Bei dieser Methode werden Atome mit ausgeglichener Ladung eingefangen und manipuliert. Das geschieht durch gebündelte Laserstrahlen, die sie so stark abbremsen, dass sie sich kaum mehr bewegen. Solche Plattformen lassen sich sehr gut skalieren und müssen nicht in Kryostaten, also einem Tieftemperatur-Kühlgerät, platziert werden. Allerdings sind die Qubits störanfällig und benötigen komplexe Lasertechniken und -aufbauten.
