Spanien erreicht einen weltweiten Meilenstein in der Quantensimulation

Institut für Photonische Wissenschaften baut erstes Quantengasmikroskop, das einzelne Atome einfangen kann. Anstelle von Lithium oder Kalium wird dank seiner vielfältigen Eigenschaften Strontium verwendet. Das Mikroskop macht den ersten analogen Quantenprozessor möglich.

Eines der wichtigsten Forschungszentren in Spanien ist das ICFO, das Institut für Photonische Wissenschaften, das sich in der katalanischen Stadt Castelldefels befindet. Nun hat dieses Zentrum einen wichtigen globalen Meilenstein auf dem Gebiet der Simulation und Quantenprozessoren bekannt gegeben.

Ein wegweisendes Mikroskop der Welt. In einem Projekt unter der Leitung der Forscherin Leticia Tarruell hat das ICFO-Team QUIONE gebaut, so der Name des weltweit ersten Quantengasmikroskops, das in der Lage ist, einzelne Strontiumatome abzubilden. Das heißt, ein Mikroskop, das in der Lage ist, jedes der Atome zu erkennen.

Dieses Experiment ist insofern einzigartig, als es nicht nur die Atome des Strontiumgases einzeln betrachtet, sondern auch ermöglicht, sie in einem optischen Gitter zu platzieren, in dem die Atome durch Kollisionen interagieren können, und dann können bildgebende Verfahren angewendet werden. Eine Reihe einzigartiger Eigenschaften, die es ermöglichen, dieses Mikroskop zum Bau des ersten atomaren Quantenprozessors zu verwenden.

Strontium, über Lithium und Kalium. Die Wahl von Strontium markiert den Meilenstein, den das Institut für Photonische Wissenschaften erreicht hat. Im Vergleich zu Lithium und Kalium, die bisher in diesen Mikroskopen verwendet wurden, ist Strontium komplexer und bietet als Erdalkaliatom “mehr Zutaten zum Spielen”, so die ICFO-Forscher.

Bau des ersten analogen Quantencomputers. Mit Hilfe von Lasern senkte ICFO die Temperatur des Strontiumgases, bis die Strontiumatome eine Supraflüssigkeit bildeten, und ermöglichte es, jedes der 300 Atome, mit denen es arbeitet, zu beobachten.

“Jetzt, da wir Strontium in die Liste der verfügbaren Quantengasmikroskope aufgenommen haben, werden wir bald in der Lage sein, komplexere und exotischere Materialien zu simulieren. Es wird erwartet, dass dann neue Phasen der Materie entstehen. Und wir hoffen auch, viel mehr Rechenleistung zu erhalten, um diese Maschinerie als analoge Quantencomputer zu nutzen”, erklärt Leticia Tarruell.

Auf diesen Quantenprozessoren basieren analoge Quantencomputer, die auf einzeln gesteuerten ultrakalten Atomen basieren, wie sie unter dem ICFO-Mikroskop beobachtet werden.

Spanien will den Quantenzug nicht verpassen. Im Rahmen des Plans “Quantum Spain” wird Spanien 200 Millionen Euro in Start-ups und Forschungsprojekte im Bereich Quantencomputing investieren.

Die ICFO-Forschung wurde in der Fachzeitschrift PRX Quantum veröffentlicht und wird es ermöglichen, “die physikalischen Eigenschaften bestimmter Materialien auf einem noch nie dagewesenen Niveau zu untersuchen und bessere Materialien auf atomarer Ebene zu entwerfen”, so Lluís Torner, Direktor des ICFO. Das QUIONE-Projekt wird eine zweite Phase umfassen, in der ein hybrider Analog-Digital-Prozessor gebaut wird, und ist eines von acht Forschungsprojekten im Bereich der Quantentechnologien, die von der katalanischen Regierung gefördert werden.

Bild: cherezoff