Ein photonischer Quantencomputer speichert Information nicht in Atomen, Elektronen oder Schaltkreisen, sondern in einzelnen Lichtteilchen, sogenannten Photonen, der Ansatz hinter PsiQuantum und Xanadu. Ein Photon kann zum Beispiel in einem von zwei möglichen Wegen durch ein Netzwerk aus Spiegeln und Wellenleitern laufen, „dual-rail“-Kodierung genannt, welchen der beiden Wege es nimmt, entspricht dann „0“ oder „1“.
Der große Vorteil von Photonen: Sie wechselwirken kaum mit ihrer Umgebung, weshalb sie ihre Quanteneigenschaften über weite Strecken behalten. Genau das ist aber auch das zentrale Problem: Damit zwei Qubits ein Rechengatter bilden können, müssen sie irgendwie miteinander wechselwirken, und zwei Photonen tun das von Natur aus fast gar nicht. Der entscheidende Kniff, das sogenannte KLM-Protokoll, benannt nach Emanuel Knill, Raymond Laflamme und Gerard Milburn, 2000/2001 veröffentlicht, löst das indirekt: Man erzeugt die nötige Wechselwirkung nicht direkt, sondern über Messungen an zusätzlichen Hilfsphotonen und akzeptiert, dass ein Gatter dabei nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit gelingt statt garantiert. Durch Wiederholung und geschickte Fehlerkorrektur lässt sich das ausgleichen. Vor diesem Protokoll galt es als theoretisch unmöglich, mit linearer Optik allein ein skalierbares Quantencomputing zu bauen, das KLM-Protokoll war der Beweis, dass es prinzipiell doch geht.
Die beiden Marktführer verfolgen dabei unterschiedliche technische Varianten: PsiQuantum nutzt einzelne Photonen in der beschriebenen Zwei-Pfad-Kodierung, klassische lineare Optik nach KLM. Xanadu setzt stattdessen auf „gequetschtes Licht“ (squeezed light) und kodiert Information kontinuierlich statt in einzelnen Photonen, sogenannte GKP-Qubits nach Gottesman-Kitaev-Preskill, ein anderer mathematischer Zugang zum selben Trägermedium Licht.
Was diesen Ansatz von den anderen unterscheidet
Photonische Systeme können bei Raumtemperatur betrieben werden, keine Millikelvin-Kühlung für die eigentlichen Lichtschaltkreise nötig, auch wenn manche Detektoren noch gekühlt werden, ein klarer Unterschied zu supraleitenden Schaltkreisen. Dafür ist die größte Schwäche nicht Kälte, sondern verlorene Photonen unterwegs im Chip. Einen Überblick über alle sechs Bauweisen gibt es auf der Vergleichsseite und im Grundlagenartikel Was ist eigentlich ein Qubit?
Geschichte
2003 demonstrierte Jeremy O’Brien das weltweit erste optische, quantenkontrollierte NOT-Gatter, ein wichtiger experimenteller Meilenstein. Die theoretische Grundlage dafür lieferten 2000/2001 Emanuel Knill, Raymond Laflamme und Gerard Milburn mit dem KLM-Protokoll, dem Beweis, dass lineare Optik und Messungen allein für skalierbares Quantencomputing ausreichen könnten. 2015/2016 gründeten Jeremy O’Brien, Terry Rudolph, Pete Shadbolt und Mark Thompson PsiQuantum in Palo Alto, aufbauend auf O’Briens Forschungsgruppe am Center for Quantum Photonics in Bristol. 2016 gründete CEO Christian Weedbrook Xanadu in Toronto. 2022 wurde Xanadus Borealis-System über Xanadu Cloud und Amazon Braket öffentlich zugänglich, die erste photonische Plattform, die einen demonstrierten Quantenvorteil in einem öffentlichen Cloud-Zugang zeigte.
Stärken und Schwächen, ehrlich
Photonische Systeme laufen bei Raumtemperatur, brauchen also keine aufwendige Millikelvin-Kühlung für die Schaltkreise selbst. Photonen lassen sich zudem über Glasfaser leicht über weite Strecken transportieren, wichtig für spätere Quantennetzwerke zwischen mehreren Systemen. Die Fertigung ist auf Standard-Halbleiterprozessen möglich, PsiQuantum lässt seinen Omega-Chipsatz zum Beispiel bei GlobalFoundries fertigen, einem regulären Chip-Auftragsfertiger, was den Ansatz eng an bestehende optische Kommunikationstechnik anschließt.
Auf der anderen Seite steht der Photonenverlust als zentrales Problem: Jedes Photon, das auf dem Weg durch den Chip verloren geht, stört die Rechnung und erschwert Fehlerkorrektur erheblich, das gilt als die größte technische Hürde beim Skalieren photonischer Systeme. Die Erzeugung und hocheffiziente Detektion einzelner Photonen ist technisch anspruchsvoll, und die nicht-deterministischen Gatter aus dem KLM-Protokoll bedeuten zusätzlichen Overhead, weil Gatter wiederholt werden müssen, bis sie gelingen. Aktuell gibt es zudem kein für Kunden zugängliches Produkt bei PsiQuantum, nur Ankündigungen und im Bau befindliche Rechenzentren. Bei Xanadu ist nur die ältere Borealis-Plattform öffentlich buchbar, der neuere Aurora-Chip mit 12 Qubits ist ein Forschungsprototyp und nach aktuellem Kenntnisstand nicht öffentlich zugänglich.
Aktueller Stand 2026
PsiQuantum stellte im Februar 2025 den Omega-Chipsatz vor, fertigbar bei GlobalFoundries, und plant „Quantum Compute Centers“ in Brisbane und Chicago. Das Ziel, Anfang 2026 ein erstes „utility-scale“ System zu liefern, hat das Unternehmen laut Presseauswertung offenbar verpasst, ein für Kunden zugängliches Produkt gibt es weiterhin nicht. Xanadu betreibt mit Borealis seit 2022 ein öffentlich zugängliches System, dazu den Forschungsprototyp Aurora, 12 Qubits, in Nature veröffentlicht, mit 35 photonischen Chips und 13 Kilometern Glasfaser bei Raumtemperatur. Im März 2026 ging Xanadu über eine Fusion mit der SPAC-Hülle Crane Harbor an die Börse, mit 302 Millionen US-Dollar Bruttoerlös, als erstes börsennotiertes reines Photonik-Quantencomputing-Unternehmen. Weitere Einordnung auf der Hersteller-Übersicht.
Kurz gesagt
Photonische Quantencomputer speichern Information in einzelnen Lichtteilchen statt in Materie, ermöglicht durch das KLM-Protokoll, das zeigte, dass sich Photonen trotz ihrer schwachen Wechselwirkung untereinander für skalierbares Quantencomputing nutzen lassen. PsiQuantum und Xanadu verfolgen dabei unterschiedliche technische Varianten, Zwei-Pfad-Kodierung gegen gequetschtes Licht. Der Vorteil ist Betrieb bei Raumtemperatur, die größte Hürde bleibt Photonenverlust im Chip, und ein für Kunden frei zugängliches Produkt gibt es bislang nur bei Xanadus älterer Borealis-Plattform.
Quellen und weiterführende Links: Wikipedia: KLM protocol · Kok et al.: Linear optical quantum computing with photonic qubits (Volltext-PDF) · Quandela Glossar: Linear optical quantum computing · IEEE Spectrum: In the Race to Hundreds of Qubits, Photons May Have „Quantum Advantage“ · Contrary Research: PsiQuantum Business Breakdown & Founding Story · Postquantum: Xanadu Firmenprofil · PsiQuantum: Omega-Ankündigung · The Quantum Insider: Xanadu Aurora · The Quantum Insider: Xanadu Borealis Cloud-Zugang · HPCwire: Xanadu und der Crane-Harbor-Börsengang