Wolfgang Wernsdorfer

werden bereits kommerziell vertrieben, zum Beispiel von Firmen wie IBM und
der kanadischen Firma D-Wave. Auch wenn sowohl die Anzahl der Qubits (mo-
mentan um die 50) als auch ihre Vernetzung noch in den Kinderschuhen stecken,
können diese Computer bereits als Spielwiesen dienen, um erste Anwendungen
zu testen. In der Tat hat Google 2019 ein Problem mit einem Quantencomputer
gelöst, das für einen normalen Supercomputer in realistischer Zeit nicht zu schaf-
fen gewesen wäre. Allerdings handelte es sich hierbei um ein quasi eigens für einen
Quantencomputer designtes Problem - ohne irgendeinen praktischen Nutzen.
Bevor ein Quantencomputer echte und relevante Probleme lösen kann,
könnte es also noch einige Zeit dauern. Zwar wird ein Quantencomputer wahr-
scheinlich nicht in unserem Alltag zum Einsatz kommen, er verspricht aber in
sehr speziellen und komplexen Fragestellungen bedeutend schneller zu sein als
konventionelle Computer. Wahrscheinliche Anwendungen liegen hier in Opti-
mierungsproblemen, zum Beispiel von Routenplanungen. Aber sie könnten auch
in der Entwicklung von neuen Medikamenten und Funktionsmaterialien zum
Einsatz kommen. Hierbei ist entscheidend, dass diese Systeme selbst auf Quanten-
mechanik basieren und daher deren Simulation mithilfe eines Quantencomputers
natürlicher ist als mit einem konventionellen Computer - ganz nach dem Motto
„Gleiches mit Gleichem“.
Neben den Superconducting Qubits gibt es aber auch noch andere Konzep-
te für einen Quantencomputer, zum Beispiel basierend auf atomaren Defekten
in Halbleitern oder auf lonenfallen, in denen einzelne ionisierte Atome durch
elektrische Fallen „eingefangen“ werden und als Qubits dienen. Der Wettbewerb
unterschiedlicher Technologien wird verständlich, wenn man an die Anfänge des
Computerzeitalters zurückdenkt. Hier kamen zunächst elektromagnetische Relais
oder Elektronenröhren zum Einsatz, bevor sie später von Transistoren und Mik-
rochips abgelöst wurden. Wie sie könnten auch bestehende Quantentechnologien
trotz allem in einer Sackgasse enden, zum Beispiel weil sie zu groß und sperrig
sind oder einfach zu langsam arbeiten.
Daher ist es im Moment sehr wichtig zu erforschen, welche Plattformen lang-
fristig die besten Qubits stellen, die auch auf große Zahlen skaliert werden können.
In unserer Arbeitsgruppe untersuchen wir daher alternative Konzepte von Qubits
basierend auf einzelnen Molekülen. Bei diesen sind die Quantenzustände in ih-
rer magnetischen Orientierung kodiert, dem sogenannten Spin. Um den Spinzu-
stand dieser Moleküle vor der oben genannten Dekohärenz zu schützen, werden
die Experimente bei sehr tiefen Temperaturen durchgeführt, nahe dem absoluten
Temperatur-Nullpunkt (-273,15° Celsius).
Hierdurch werden die Quantenzustände vor einer Wechselwirkung mit der
Umgebung, hervorgerufen durch thermische Anregungen, geschützt. Für dieses
Ziel werden selbstentwickeltc Kryostate genutzt, die die Moleküle schnell auf die-
se ultratiefen Temperaturen herabkühlen. Um die Wechselwirkung der moleku-

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