Quantentechnolgien

Quantentechnologien haben das Potenzial zum Game Changer: Sie sind der Schlüssel, um die Vision von Quantencomputern zu realisieren, die heutige Superrechner in punkto Schnelligkeit und Leistungsfähigkeit um Welten schlagen. In seinem Quantentechnologien-Programm verfolgt das Fraunhofer EMFT das Ziel, die zentralen Hardwarekomponenten für Quantencomputer zur Produktions- und Marktreife weiterzuentwickeln.

Zukunftsweisende Lösungen für skalierbare Quantenhardware und -systeme

Die Schwerpunkte des Programms Quantentechnologien des Fraunhofer EMFT liegen in der Skalierung und Miniaturisierung zentraler Komponenten für Quantencomputer. Für einen erfolgreichen Transfer in den Markt sind zudem eine höhere Stabilität und eine deutliche Kostenreduktion essentiell.

Um Quantenschaltkreise mit supraleitenden Qubits in höheren Volumina herstellen zu können, benötigt man produktionskompatible Prozesstechnologien für die Beschichtung von Dünnschichten und die 3D-Musterung. Forschende des Fraunhofer EMFT arbeiten in diesem Kontext an Lösungsansätzen wie etwa waferbasierten Herstellungsprozessen für supraleitende Qubits, aber auch neuartigen Integrationstechnologien wie Heterogene 3D-Integration für supraleitende Qubits und Ionenfallen-Qubits. Ziel ist es jeweils, die reproduzierbare und skalierbare Produktion von Quantenprozessoreinheiten (QPUs) mit einer großen Anzahl von Qubits zu ermöglichen.

Flexibilität ist gefragt: Supraleitende Verbindungstechnik für die Zukunft

Der Betrieb solcher QPUs bei extrem niedrigen Temperaturen setzt rauscharme und abgeschirmte Signalverbindungen mit ultrahoher Dichte voraus, um die große Menge an Signalleitungen verarbeiten zu können. Ein Teil unseres Programms für Quantentechnologien beschäftigt sich damit, die heute eingesetzten starren Verbindungen durch flexible, rauscharme supraleitende Verbindungen zu ersetzen. Dieser innovative Lösungsansatz ermöglicht eine wesentlich einfachere, flexiblere und platzsparendere Installation. Die Verbindungen sind so designt, dass sie eine minimale Wärmeableitung garantieren – eine essentielle Voraussetzung, um das thermische Rauschen zu reduzieren. Mit unserer Rolle-zu-Rolle-Linie steht am Fraunhofer EMFT eine effiziente und bewährte Fertigungstechnik zur Verfügung.

Im Bereich Chip Design und Simulation nutzen wir unser umfassendes Know-how, um supraleitende Quantenschaltungen für skalierbare 3D-integrierte QPUs zu realisieren. Zudem entwickeln wir Komponenten und Systeme für kryogene Elektronik wie etwa ASICS. Diese werden für die Signalverarbeitung mit integrierter Fehlerkorrektur benötigt und ermöglichen On-Chip-Architekturen zur integrierten optischen/elektrischen Steuerung und zum Auslesen in den Quantencomputern der Zukunft.

Entwicklung und Charakterisierung von Quantentechnologien Hand in Hand

Begleitend zu unseren Entwicklungs- und Designaktivitäten steht am Fraunhofer EMFT eine breite Palette von Test- und Analyseverfahren zur Charakterisierung von Quanten-Hardwarekomponenten sowohl bei Raumtemperatur als auch bei kryogenen Temperaturen von bis zu 10 mK. Das versetzt uns in die Lage, Qualität, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der an der EMFT entwickelten Quanten-Hardware-Komponenten fundiert zu bewerten. Diese Leistungen bieten wir auch externen Partnern an.

Mit diesen Ansätzen adressiert unser Programm für Quantentechnologien die zentralen Schlüsselkomponenten, um Quantencomputing fit für den realen Einsatz außerhalb von Laborumgebungen zu machen. Unsere breiten interdisziplinären Engineering-Kompetenzen auf den Gebieten der Mikro- und Nanotechnologie, Verbindungstechnik, 3D-Integration, Chip Design sowie Charakterisierung und Test stellen eine solide und starke Basis dar, um zukunftsweisende Lösungen aus einem Guss zu entwickeln. 

Große Ziele brauchen ein starkes Team: Daher sind wir Teil mehrerer führenden Forschungsinitiativen im Bereich Quantencomputing. Das Fraunhofer EMFT ist ein Partner im Munich Quantum Valley (MQV), einer Kooperation universitärer und außeruniversitärer Forschungseinrichtungen in Bayern, sowie des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF geförderten Forschungsprojekts MUNIQC-SC, an dem sowohl staatliche Forschungseinrichtungen als auch Industriepartner in Deutschland beteiligt sind. Darüber hinaus sind wir an der Entwicklung des europäischen Demonstrators für supraleitende Quantencomputer im Rahmen des OpenSuperQPlus -Projekts im Rahmen des European Quantum Technology Flagship aktiv beteiligt.