Juli 2021  I  Branche

Quelle: Fraunhofer  I  Presseinformation

Die Rechenkapazität von Quantencomputern hängt stark von ihrem zentralen Hardwareelement ab: dem Qubit. Es existieren bereits mehrere Ansätze zur Realisierung von Qubits – für eine industrielle Nutzbarmachung fehlt es aktuell jedoch noch an stabilen, skalierbaren Fertigungsmethoden. Mit dem kürzlich gestartete Projekt MATQu soll sich das ändern.

Das im Juni 2021 gestartete Projekt MATQu (Materials for Quantum Computing), will eine europäische Forschungs-infrastruktur für fortschrittliche Computing-Technologien aufbauen. Ziel ist, durch die enge Zusammenarbeit von Industrie, Anwendungspartnern und  Forschungsinstituten, eine europäische Lieferkette für Materialien und Prozesse für Festkörper-Qubits zu etablieren.

Qubits auf dem Weg zur Marktreife

Supraleitende Qubits gehören zu den vielversprechendsten Bauelementen, um einen Quantencomputer im großen Maßstab zu realisieren. Die Josephson-Kontakte sind dabei derzeit die ausgereifteste Festkörperplattform für stabile supraleitende Qubits. Der Erfolg der Josephson-Kontakte kann auf ihre Designprinzipien zurückgeführt werden, die auf etablierten Produktionsprozessen beruhen. Ihre Leistungsfähigkeit hängt jedoch entscheidend von der Qualität der verwendeten Materialien sowie der Reproduzierbarkeit der bei der Herstellung angewandten Prozesse ab. Eine stabile und etablierte Wertschöpfungskette ist daher der Schlüssel zur Verbesserung dieser Parameter in der Zukunft. Eine industrietaugliche Fabrikationsinfrastruktur wird es ermöglichen, Prozessparameter zu optimieren und die Leistung supraleitender Qubits systematisch zu verbessern.

 Verringerung der Variabilität von Qubits

 Qubits werden oft als eigenwillig beschrieben; zwischen ihnen wird eine große Variabilität gemessen. Um dies zu kontrollieren, sind komplexe Methoden zum »Tunen« (Einstellen) der Qubits erforderlich. Dies wiederum erhöht die Komplexität der Quantencomputerarchitekturen. Dies ist auch einer der Hauptgründe für die derzeitigen Skalierungsgrenzen in der Anzahl der Qubits in heutigen Quantencomputern. »Wir erwarten zwar in den nächsten 5 bis 10 Jahren nicht das gleiche Integrationsniveau wie bei klassischen Computerchips, aber wir werden sicherlich einen großen Schritt in Richtung Variabilitätsreduktion bei supraleitenden Qubits machen«, erklärt Prof. Rüdiger Quay, Projektkoordinator vom Fraunhofer IAF.

Silizium-Qubits aus dem Labor in die industrielle Fertigung bringen

Der Fokus des Fraunhofer IPMS im Projekt liegt darauf, die bestehenden Konzepte und Technologien aus dem Labor in die industrielle Fertigung zu bringen. Dabei beruft sich das Institut auf seine Expertise in der 300-mm-Fertigung, die bereits als Industriestandard für CMOS-Computing-Plattformen dient. »Im Projekt gewinnen wir neue Einblicke in die Material- und Prozesseinflüsse für den Herstellungsprozess von supraleitenden Qubits, insbesondere im Bereich der Abscheidung, Strukturierung und der Integration von supraleitenden Schichten. Ein zweiter Schwerpunkt sei es nach Lilienthal-Uhlig zudem, gemeinsam mit Industrie- und Forschungspartnern europäischen Mittelständlern und Startups Zugang zu modernsten Fertigungsanlagen und Know-how verschaffen, um die Reife der supraleitenden Qubit-Technologie deutlich zu steigern und das europäische Ökosystem der Quantentechnologie zu stärken.

Tieftemperaturmesstechnik zur Untersuchung der Variabilität

In dem Projekt MATQu bringt das Fraunhofer IAF seine Erfahrungen und Kenntnisse auf dem Gebiet der Tieftemperaturmesstechnik ein, insbesondere zur Untersuchung der Variabilität von supraleitenden Schichten. Das Freiburger Institut besitzt umfangreiche Geräte zur Charakterisierung von kryogenen Bauelemente, wie sie im Quantencomputing zum Einsatz kommen. Damit erhalten europäische Unternehmen, insbesondere KMUs und Start-ups, neben dem notwendigen Know-how auch Zugang zu modernsten Test- und Charakterisierungsgeräten und somit zu Schlüsselkomponenten für die Entwicklung von Quantencomputer-Hardware.

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