ETH-Spin-off entwickelt Dirigenten für Quantencomputer

Dirigent für Quantenoperationen: Das Steuerungssystem von Qendra kommt auch in den Laboren der Forschungsgruppe Trapped-Ion Quantum Engineering am Hönggerberg zum Einsatz. (Source: Kilian Kessler / ETH Zürich)

Dirigent für Quantenoperationen: Das Steuerungssystem von Qendra kommt auch in den Laboren der Forschungsgruppe Trapped-Ion Quantum Engineering am Hönggerberg zum Einsatz. (Source: Kilian Kessler / ETH Zürich)

Ein Quantencomputer braucht, ähnlich wie ein klassischer Computer, viele Bauteile, die exakt zusammenspielen: zum Beispiel Laser, Kameras und weitere Detektoren. Wie gut dieses Zusammenspiel funktioniert, entscheidet, ob eine Berechnung gelingt. Genau hier setzt das ETH-Spin-off Qendra an: Es baut Steuerungssysteme für Quantencomputer auf Basis gefangener Ionen (Atome mit elektrischer Ladung) oder auf Basis neutraler Atome (Atome ohne elektrische Ladung) - zwei der aussichtsreichsten Plattformen im Rennen um den ersten praxistauglichen Quantencomputer. 

Gegründet haben das Spin-off die drei ETH-Alumni Martin Stadler, Ferdinand Felder und Chidzahi Mabritto. Stadler war bis vor kurzem Pioneer Fellow der ETH Zürich. Der Physiker kam für seinen Master vom österreichischen Graz nach Zürich und liess sich gleich in seiner ersten Vorlesung bei ETH-Professor Jonathan Home für die Welt der Quanten begeistern: "Ich fand es faszinierend, dass man mit einem Quantencomputer das leistungsfähigste Rechenverfahren nutzen kann, das die Naturgesetze erlauben." 

Aus der Vorlesung wurde ein Doktorat in Homes Forschungsgruppe - und aus dem Doktorat eine Firma. "Gegen Ende meines Doktorats war klar, dass man die Technologie als Unternehmen weiterführen muss, um das Produkt auf den Markt zu bringen", sagt Stadler. 

Wie ein Dirigent 

Ein Quantencomputer rechnet nicht mit Bits, sondern mit Qubits. Diese lassen sich auf unterschiedliche Arten umsetzen: Bei gefangenen Ionen dient ein einzelnes, elektrisch geladenes Atom als Qubit, festgehalten durch elektrische Felder; in Quantencomputern mit neutralen Atomen als Qubits werden diese durch stark gebündelte Laserstrahlen gehalten, sogenannte optische Pinzetten. 

Damit diese Qubits rechnen können, braucht es ein Steuerungssystem - ein Bindeglied zwischen Algorithmen und Software auf der einen Seite und physischen Signalen und Qubits auf der anderen Seite. Stadler vergleicht das Steuerungssystem mit einem Orchester: "Alle hören auf den Dirigenten, der sicherstellt, dass am Schluss eine Symphonie herauskommt und nicht nur eine Geräuschkulisse. So sehe ich unser System: als diesen virtuosen Dirigenten." 

Technisch steckt der «Dirigent» in einem kompakten, grauen Gerät mit zahlreichen Ein- und Ausgängen für Kabel und kleinen Kontrolllämpchen. Das Gerät erzeugt Funksignale - ähnlich wie bei einem Radio, nur viel präziser gesteuert -, die auf zwei Wegen zu den Qubits gelangen: Entweder steuern die Signale einen Modulator, der damit einen Laserstrahl gezielt pulsiert, oder die Signale werden über eine Antenne direkt zu den Ionen geschickt. 

Zusätzlich liest das Gerät Signale von Fotodioden ein und steuert weitere Komponenten wie Laser, Signalgeneratoren und Oszilloskope, mit denen sich elektrische Signale sichtbar machen und untersuchen lassen. Dadurch lassen sich Operationen auf den Qubits gezielt auslösen. 

Die Lücke: bedingte Operationen 

Anders als für gewisse andere Systeme von Quantencomputern gibt es für solche mit gefangenen Ionen oder neutralen Atomen noch keine brauchbaren kommerziellen Steuerungssysteme. Besonders fehlt den bestehenden Steuerungssystemen die Fähigkeit, während einer Berechnung selbstständig auf Fehler zu reagieren: also einen Fehler zu erkennen und ihn sofort zu korrigieren - vergleichbar mit einem "Wenn-dann"-Befehl in der Programmierung von klassischen Computern. Bei Quantensystemen ist diese Fehlerkorrektur heikel, weil Qubits störungsanfällig sind und man ihren Zustand nicht direkt messen kann, ohne die gespeicherte Information zu zerstören.  

"Entwicklerinnen und Entwickler von Quantencomputern arbeiten daher meistens noch mit Post-Processing", erklärt Stadler. "Sie sammeln die Messdaten während des Experiments und rechnen danach aus, wie das Ergebnis mit Fehlerkorrektur ausgesehen hätte. Für Forschungszwecke reicht das oft, für einen grossen, verlässlichen und praktisch nutzbaren Quantencomputer jedoch nicht - da müssen Fehler bereits während des Rechnens erkannt und behoben werden."  

Genau hier will das Spin-off Qendra ansetzen: Sein System kann Messergebnisse laufend auswerten und je nach Ergebnis das passende Signal auswählen, das dann den nötigen Korrektur-Puls auslöst - Laser oder Funksignal. 

Von Zürich bis Boston 

Zu den ersten Nutzenden gehören die Forschungsgruppe von Jonathan Home sowie das ETH-Spin-off ZuriQ, das daran arbeitet, einen Quantencomputer mit Ionenfallen zu bauen. Im Gespräch ist Qendra zudem mit Firmen und Forschungsgruppen, die mit neutralen Atomen arbeiten - etwa dem Start-up Quera in Boston und der Forschungsgruppe von Mikhail Lukin an der Harvard-Universität. 

Aktuell ist das Gerät erst ein MVP - ein "Minimum Viable Product": in der Start-up-Sprache die einfachste Version, die gerade genug kann, um damit nützliches Kundenfeedback zu sammeln. "Unser Steuersystem kann schon einiges, ist aber noch nicht reif genug, um es sofort im grossen Stil zu verkaufen", sagt Stadler. 

Weltweit geben Forschungsgruppen und Unternehmen in diesem Bereich jährlich schätzungsweise 50 Millionen US-Dollar für Steuerungssysteme aus - ein überschaubarer Markt. Stadler rechnet jedoch mit deutlichem Wachstum: "Wir denken, dass der Markt in zehn Jahren durchaus 1 Milliarde US-Dollar überschreiten kann, weil gerade neutrale Atome stark im Kommen sind und sie als besonders geeignete Plattform für Quantencomputer mit vielen Qubits gelten."

Zwei Hüte gleichzeitig 

Qendra wurde im Februar 2026 gegründet. Aktuell zählt das Team vier Mitarbeitende, bis Ende Jahr sollen es sieben werden. Neben Mitarbeitenden sucht Qendra zurzeit auch Investorinnen und Investoren. 

Als CEO und gleichzeitig technischer Leiter (CTO) der Firma jonglierte Stadler anfangs zwischen Technik und Geschäft. "Eine der grössten Herausforderungen ist es, den Überblick über beide Rollen zu behalten. Ich bin nicht so gut darin, vom einen ins andere zu springen." Chidzahi Mabritto hat nun die Rolle des CTO übernommen, damit sich Stadler stärker aufs Geschäftliche konzentrieren kann. 

Der Name Qendra leitet sich vom weiblichen Vornamen Kendra ab, der aus dem Altenglischen stammt und Anführerin heisst; im Sanskrit bedeutet Kendra zudem Zentrum. "Das passt, da unser Steuerungssystem ein zentrales Element in Quantencomputern sein wird", sagt Stadler. 

"Unser Ziel ist es, in fünf Jahren die Standardlösung für Steuerungssysteme für Quantencomputer mit gefangenen Ionen und neutralen Atomen anzubieten", fügt Stadler an. Er freue sich schon darauf, seinen beiden Kindern dann einen Quantencomputer zu zeigen und stolz darauf hinzuweisen, dass ein wichtiger Teil der Hardware von Papi stammt, sagt der 33-Jährige und lacht. 

Dieser Beitrag ist zuerst auf der Website der ETH erschienen.