IBM gab den Abschluss einer endgültigen Vereinbarung zur Übernahme von HRL Laboratories bekannt, einer Forschungs- und Entwicklungseinrichtung, die in den physikalischen Wissenschaften und Informationswissenschaften tätig ist, einschließlich Quantentechnologien. IBM ist der Ansicht, dass die Erfahrung von HRL in der Entwicklung von Spin-Qubits aus Silizium den langfristigen Plan des Unternehmens zur Skalierung von Quantencomputern ergänzen kann.
In einem am 23. Juli 2026 veröffentlichten Blogbeitrag erläuterte IBM, warum das Unternehmen an dieser Technologie interessiert ist. Dabei wies es darauf hin, dass Spin-Qubits und supraleitende Qubits von Siliziumfertigungstechniken profitieren und innerhalb einer Kühlungsinfrastruktur unter der Kontrolle externer Signale arbeiten, die Gatter auf miteinander verbundenen Qubits anwenden. Der grundlegende Unterschied liegt jedoch darin, wie Quanteninformationen gespeichert und verarbeitet werden.
Wie funktionieren Spin-Qubits?
Diese Qubits nutzen die natürliche Spin-Eigenschaft des Elektrons. Der Spin kann einen positiven oder negativen Wert von einem halben annehmen; die beiden Zustände werden üblicherweise als „up“ und „down“ bezeichnet. Diese Eigenschaft wird verwendet, um die Zustände 0 und 1 im Quantencomputing darzustellen.
Um einzelne Elektronen zu steuern, nutzt HRL sogenannte Quantenpunkte, also kleine Strukturen, die es ermöglichen, Eigenschaften von Elektronen einzuschließen und zu kontrollieren. Das Unternehmen fertigt seine Quantenpunkte aus SiGe, also aus Schichten aus Silizium und Germanium.
Statt einen einzelnen Spinzustand direkt mit dem Wert 0 oder 1 zu verknüpfen, verwendet HRL eine Struktur namens Exchange-only-Qubits. Jedes Qubit besteht aus drei Elektronen, die in drei Quantenpunkten gespeichert sind. Zwei Elektronen bestimmen den Rechenzustand: Wenn die Summe der Spins 0 beträgt, befindet sich das Qubit im Zustand 0; wenn sie 1 beträgt, befindet es sich im Zustand 1. Das dritte Elektron trägt dazu bei, das System stabil zu halten. Die Gatter werden in Form elektrischer Impulse angewendet, die die Elektronen einander annähern oder voneinander entfernen.
Vorteile und aktuelle Ergebnisse
IBM zufolge können Spin-Qubits mit bestehenden Fertigungsanlagen für Halbleiter hergestellt werden, was ihnen das Potenzial zur Fertigung in großem Maßstab verleiht. Außerdem zeichnen sie sich durch lange Kohärenzzeiten, niedrige Fehlerraten und eine relativ einfache Steuerung aus. Bei ausgereifter Technologie könnten sie den effizienten Betrieb großer Quantenschaltungen mit niedrigen Betriebskosten ermöglichen.
Diese Qubits arbeiten bei einer Temperatur von 1 Kelvin, verglichen mit etwa 0,015 Kelvin bei Architekturen mit supraleitenden Qubits. HRL hatte kürzlich einen digital gesteuerten Quantencomputer aus Silizium vorgestellt, der für die Qubit-Matrix und die gekühlte Steuerplatine jeweils fertigungstaugliche CMOS-Technologie nutzt. Das Gerät umfasst 54 Quantenpunkte, die auf drei Bahnen verteilt sind, wodurch ein Chip mit bis zu 18 Qubits ermöglicht wird. Außerdem zeigten die Demonstrationen den Betrieb von Ein- und Zwei-Qubit-Gattern sowie kleine Codes zur Fehlererkennung.
Die Rolle von HRL in IBMs Quantenvision
Jay Gambetta, Leiter der Forschung und IBM Fellow, erklärte, dass das HRL-Team dem Unternehmen dabei helfen werde, die Quanteninnovation voranzutreiben. Er fügte hinzu, dass das Portfolio des Teams IBMs langfristige Pläne im Quantencomputing, bei Quantensensorik und in Quantennetzwerken stärken werde.
IBM zufolge beschränken sich die Technologien von HRL nicht auf das Computing. Die Einrichtung entwickelt hochpräzise Quantensensoren zur Erfassung feiner physikalischer Phänomene und für fortschrittliche Messungen in Anwendungsbereichen wie Gesundheitsversorgung, Navigation, Verteidigung und wissenschaftlicher Forschung. Außerdem arbeitet sie an neuen Quantenmaterialien, die robustere Qubits, bessere Halbleiter und empfindlichere Sensoren unterstützen könnten.