Die Quantentechnologie bewegt sich rasant vom Labor in die Praxis und befindet sich derzeit an einem entscheidenden Wendepunkt, vergleichbar mit der frühen Computerära vor dem Transistor und modernen Computern. Ein neuer Artikel beschreibt den aktuellen Stand von sechs führenden Quantenhardware-Plattformen: supraleitende Qubits, gefangene Ionen, Spindefekte, Halbleiter-Quantenpunkte, neutrale Atome und photonische Qubits.
Um die Fortschritte der einzelnen Plattformen in den Bereichen Computing, Simulation, Netzwerktechnik und Sensorik zu vergleichen, nutzten die Autoren ein KI-Modell für große Sprachsysteme zur Bewertung des Technologiereifegrads (TRL). Die Ergebnisse zeigen, dass fortgeschrittene Prototypensysteme zwar in der Lage sind, in öffentlichen Clouds zu arbeiten und darauf zuzugreifen, ihre Leistungsfähigkeit jedoch noch in einem frühen Entwicklungsstadium ist. Beispielsweise benötigen wichtige Anwendungen wie groß angelegte quantenchemische Simulationen Millionen von physikalischen Qubits, deren Fehlertoleranz die aktuellen Technologien bei Weitem übersteigt. MIT-Professor William D. Oliver weist darauf hin, dass ein hoher Technologiereifegrad (TRL) in der Quantentechnologie heute weder das Erreichen des ultimativen Ziels noch das Ende der wissenschaftlichen Forschung bedeutet. Er spiegelt lediglich bedeutende, aber begrenzte Systemdemonstrationen wider, die noch erheblicher Verbesserungen und Erweiterungen bedürfen.
Die führenden Plattformen im TRL (Transmission to Quantum Communications) haben jeweils ihren eigenen Schwerpunkt: supraleitende Qubits für Quantencomputer, neutrale Atome für Quantensimulationen, photonische Qubits für Quantennetzwerke und Spindefekte für die Quantensensorik. Die Autoren betonen, dass die effiziente Skalierung von Quantensystemen mit zahlreichen Herausforderungen verbunden ist. Erhebliche Fortschritte in der Materialwissenschaft und den Fertigungstechnologien sind notwendig, um stabile, hochwertige und massenproduzierbare Geräte herzustellen. Verdrahtung und Signalübertragung stellen zentrale Engpässe dar; die meisten Quantenplattformen benötigen unabhängige Steuerkanäle für die meisten Qubits, und eine zunehmende Verdrahtung wird bei der Skalierung auf Millionen von Qubits nicht mehr praktikabel. Auch die Stromversorgung, das Temperaturmanagement, die automatische Kalibrierung und die Systemsteuerung stellen damit verbundene Herausforderungen dar.
Die Autoren verknüpfen die technischen Anforderungen von Quantentechnologien mit Erkenntnissen aus der Geschichte der Computerentwicklung und argumentieren, dass die Entwicklung von Quantentechnologien einem ähnlichen Verlauf folgen wird. Sie betonen die Wichtigkeit einer systemorientierten Designstrategie, des offenen Austauschs wissenschaftlicher Erkenntnisse und Geduld.
Weitere Informationen: Autoren: David D. Awschalom et al., Titel: „Herausforderungen und Chancen in der Quanteninformationshardware“, veröffentlicht in: Science (2025). Zeitschrifteninformationen: Science
