Ein Forschungsteam von Silicon Quantum Computing in Australien hat erfolgreich einen neuartigen Qubit-Prozessor auf Basis von Silizium- und Phosphoratomen entwickelt und hergestellt. Dieser ermöglicht die hochpräzise Verbindung von elf Qubits. Die in *Nature* veröffentlichte Forschung eröffnet einen vielversprechenden technologischen Weg zum Bau skalierbarer, praktischer Quantencomputer.

Der Prozessor, die sogenannte „14|15-Plattform“, basiert auf der präzisen Implantation von Phosphoratomen in isotopenreines Silizium-28. Dadurch entstehen zwei Multi-Core-Spinregister. Ein Register enthält vier, das andere fünf Phosphoratome. Jedes Register teilt sich einen Elektronenspin. Die beiden Register sind über Elektronenaustauschwechselwirkungen verbunden und bilden so ein 11-Qubit-Verbindungssystem. Die Forscher erläuterten das Kontrollprinzip wie folgt: „Wir nutzen unterschiedliche Resonanzfrequenzen, um den Spin von Elektronen oder Atomkernen zu verändern und so die elf Qubits durch die Steuerung mehrerer Mikrowellenfrequenzen zu kontrollieren.“

Die herausragenden Vorteile dieses Designs sind seine Skalierbarkeit und hohe Genauigkeit. Das Forschungsteam gab an, dass es sich um den bisher größten siliziumbasierten Atomprozessor seiner Art handelt und dass erstmals ein Zwei-Qubit-Logikgatter mit einer Genauigkeit von 99,9 % zwischen den Qubits realisiert wurde. Trotz der Erhöhung der Qubit-Anzahl blieben die physikalischen Leistungsmerkmale des Systems erhalten oder wurden sogar verbessert. Dadurch konnte der Leistungsabfall, der häufig bei der Skalierung bisheriger Technologien auftrat, überwunden werden. Messungen zeigen, dass die Verschränkungstreue der Qubits im System zwischen 87,0 % und 99,5 % liegt.

Das Team ist überzeugt, dass diese Forschung einen entscheidenden Schritt von experimentellen Geräten hin zu praktischen, modularen Quantenmaschinen darstellt. Die Forscher erklärten in ihrer Veröffentlichung: „Unsere Forschung markiert einen Meilenstein auf dem Weg von experimentellen Quantengeräten zu praktischen, modularen und skalierbaren Maschinen. Sie zeigt, dass sich zuverlässige großflächige Quantensysteme mit atomar designten Siliziumbauelementen realisieren lassen.“ Diese Technologie legt den Grundstein für die zukünftige Entwicklung leistungsstarker Qubit-Prozessoren, die praktische Probleme lösen können.

Weitere Informationen: Autoren: Hermann Edlbauer et al., Titel: „Siliziumbasierter 11-Qubit-Atomprozessor“, veröffentlicht in: Nature (2025). Zeitschrifteninformationen: Nature