Quantencomputing: technische Herausforderungen und Lösungen

Mikroelektronik - die Brücke von der Quantenforschung zur Anwendung
Noch gibt es also einige Herausforderungen für den Betrieb eines Quantencomputers - und genau hier kommt die Mikro- und Nanoelektronik als "enabler" ins Spiel: Denn wenn es gelingt, die Komponenten durch Skalierung, Miniaturisierung, Verringerung der Störanfälligkeit und Senkung der Kosten reif für den Einsatz in größeren Märkten und außerhalb von Laborumgebungen zu machen, steht dem Quantecomputing tatsächlich das Tor zur Welt offen.
Die Fraunhofer EMFT fokussiert sich darauf, die Brücke zwischen Quantentechnologien und herkömmlicher Mikro- und Nanoelektronik zu schlagen. Ziel der F&E-Arbeiten ist es, Skalierbarkeit, Integrierbarkeit, und Einzeladressierbarkeit der Qubits zu optimieren. Perspektivisch soll so die Entwicklung von bis zu 1000 Qubit‐Systeme als Basis für Quantencomputer möglich werden.
An der Fraunhofer EMFT stehen Mikro- und Nanotechnologien zur Herstellung von Qubit-Chips und -Systemen mit dem Schwerpunkt Skalierung und Fertigung zur Verfügung. Mit Hilfe fertigungskompatibler Prozesstechnologien, beispielsweise zur Beschichtung und Strukturierung der Qubit-Chips, können supraleitende Quantenschaltkreise in größeren Mengen hergestellt werden. Perspektivisch könnte dies Quantencomputer der nächsten Generation mit bis zu 500 Qubits ermöglichen.
Durch modernste Integrationstechnologien wie heterogene 3D-Integration können die Qubit-Chips auf Wafer-Ebene integriert und miniaturisiert werden, um möglichst kleine, leistungsfähige und energie-effiziente Quantensysteme zu realisieren.
Die umfangreichen Test- und Analysemöglichkeiten an der Fraunhofer EMFT ermöglichen Analyse und Test der Quanten-Chips in Raumtemperatur sowie in 4K und 100mK Bereich, um die Qualität der Chips zu überprüfen und so die Fehleranfälligkeit des fertigen Systems zu reduzieren.
Um die Hitze-Dissipation bei der Übertragung der Vielzahl von empfindlichen Signale zu minimieren, sind rauscharme, abgeschirmte Verbindungen essentiell wichtig. An der Fraunhofer EMFT können Rolle-zu-Rolle hergestellte flexible rauscharme Verbindungen für Quantencomputer mit supraleitenden Materialien mittels Lithografie produziert werden, um Signalverluste zwischen den höchstintegrierten Qubit Chip-Systemen zu minimieren. Besonders interessant sind rauscharme Verbindungen für die Mikrowellen-Leitungen und supraleitende Verbindungen für die Reduktion der thermischen Ausstrahlung.
Zudem stehen an der Fraunhofer EMFT die Kompetenzen und Möglichkeiten zur Design und Entwicklung von ASICs zur Verfügung, z.B. zur für Signalverarbeitung mit integrierter Fehlerkorrektur und zur Realisierung einer On-chip-Architektur zur integrierten optisch/elektrischen Ansteuerung und Auslesung der Quantensysteme.
Mehr Informationen und Kontakt: www.emft.fraun...