Quantentechnologie hat bereits den Übergang von der Laborumgebung in die reale Welt vollzogen. Laut einer neuen Übersichtsstudie, veröffentlicht im Fachmagazin Science, wird es jedoch voraussichtlich noch einige Zeit dauern, bis diese Technologie allgemein verfügbar ist. Der Vergleich wird zum frühen Computerzeitalter gezogen, als Transistoren die Elektronenröhren ablösten.
Einblick in die Studie
An der Studie war auch ein Forscher der Universität Innsbruck beteiligt. In dem Paper wurden verschiedene Technologien, die Quanteninformationen nutzen, analysiert. Dazu gehören Quantencomputer, Netzwerke und Sensoren. Der Hauptautor, David Awschalom von der University of Chicago, merkt an: „Im Moment erinnert die Quantentechnologie an die Anfänge des Transistors. Die physikalischen Grundlagen sind etabliert, es existieren funktionsfähige Systeme. Jetzt müssen wir Partnerschaften und Anstrengungen fördern, um das volle Potenzial der Technologie auszuschöpfen.“
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Quantentechnologien im Detail
Die Studie betrachtet sechs verschiedene Quantentechnologien: supraleitende Qubits, gefangene Ionen, Spin-Defekte, supraleitende Quantenpunkte, neutrale Atome und optische photonische Qubits. Diese Technologien wurden von Forschern mithilfe von KI-Sprachmodellen wie ChatGPT und Gemini einem „Technology Readiness Level (TRL)“ zwischen 1 und 9 zugewiesen. Dieses Level beschreibt den Reifegrad der jeweiligen Technologie. Dabei steht Level 1 für die Beobachtung und Beschreibung des Funktionsprinzips im Labor, während Level 9 bedeutet, dass die Technologie bereits erfolgreich im Alltag eingesetzt wird.
Die Ergebnisse der Studie bieten einen umfassenden Überblick über die Entwicklungen in diesen Bereichen. Obwohl bereits fortschrittliche Prototypen existieren, befinden sich deren Leistungen noch in einer frühen Entwicklungsphase. Professor William D. Oliver vom MIT kommentiert: „Während Halbleiterchips in den 1970er-Jahren bereits das TRL-9 erreicht haben, konnten sie im Vergleich zu heutigen Computerchips sehr wenig leisten. Ein hohes TRL bedeutet nicht, dass das Endziel erreicht wurde, noch dass die Forschung abgeschlossen ist.“
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Herausforderungen und Perspektiven
Die supraleitenden Qubits für Quantencomputer, neutrale Atome für Quantensimulationen, photonische Qubits für Quantennetzwerke und Spin-Defekte für Quantensensoren erreichten die höchsten Technology Readiness Levels. Jedoch gibt es mehrere Herausforderungen, die überwunden werden müssen, um diese Technologien alltagsgerecht zu machen. Fortschritte in der Materialforschung und der Herstellung sind erforderlich, um kostengünstige Geräte in großen Stückzahlen herstellen zu können.
Signalübertragung als kritischer Engpass
Ein zentraler Engpass ist die Signalübertragung: Die meisten Quantenplattformen benötigen spezielle Leitungen für die einzelnen Qubits. Dies wird problematisch, wenn die Anzahl der Qubits in die Millionen steigt. Ähnliche Schwierigkeiten wurden bereits in den 1960er-Jahren bei den ersten Computern festgestellt, als jede Computerkomponente manuell mit vielen anderen verdrahtet und verlötet werden musste. Integrierte Schaltkreise haben dieses Problem später gelöst.
Zudem stellen die Stromversorgung, Temperaturkontrolle, Kalibrierung und Steuerung der Systeme Herausforderungen dar, die zukünftig gelöst werden müssen. Die Studie zieht Parallelen zur Geschichte des Computers, da viele Entwicklungen in diesem Bereich – von der Einführung der Lithographie zur Computerchipherstellung bis hin zu neuen Transistormaterialien – Jahre oder sogar Jahrzehnte für den industriellen Einsatz benötigten.
Die Autoren der Studie sind sich einig, dass es auch in der Quantentechnologie eine ähnliche Zeitspanne in Anspruch nehmen wird. „Geduld ist das Schlüsselelement bei vielen bahnbrechenden Entwicklungen“, schreiben sie und betonen die Bedeutung realistischer Zeiteinschätzungen.
