Quantenforschung Hardwareentwicklung für industriell gefertigte Quantencomputer

Redakteur: Stefan Guggenberger

Das Projekt Matqu zielt darauf ab, das Know-how für skalierbare Fertigungsmethoden für Qubits zu erweitern. So soll der europäischen Industrie der Weg zu festkörperbasierten Quantencomputern geebnet werden.

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Ein Testchip mit supraleitenden Qubits in einem 300 mm integrierten Prozessprototyp.
Ein Testchip mit supraleitenden Qubits in einem 300 mm integrierten Prozessprototyp.
(Bild: imed)

Mit insgesamt 18 Partnern haben sich die Fraunhofer-Institute IPMS und IAF zum Projekt Matqu, Materials for Quantum Computing, zusammengeschlossen. Durch die Integration von Partnern entlang der gesamten Wertschöpfungskette soll eine europäische Lieferkette für Materialien und Prozesse für Festkörper-Qubits etabliert werden. Festkörper-Qubits wie beispielsweise supraleitende Josephson-Kontakte sind zentrale Hardwarekomponenten von Quantencomputern. Zwar gibt es in Europa bereits viel Know-how zu diesen Qubits, aber noch keine Lösungen für die industrielle Fertigung. Hier setzt Matqu an und will einen Wettbewerbsvorteil für europäische Unternehmen schaffen, beispielsweise bei der schnelleren Markteinführung von Technologien und Materialien für Josephson-Kontakte.

Supraleitenden Qubits stellen große Herausforderungen

Supraleitende Qubits und vor allem Josephson-Kontakte gehören zu den vielversprechendsten Bauelementen, um einen Quantencomputer im großen Maßstab zu realisieren, werden aber oft als eigenwillig beschrieben, weil zwischen ihnen eine große Variabilität gemessen wird. Um dies zu kontrollieren, sind komplexe Methoden zum ‚Tunen‘ (Einstellen) der Qubits erforderlich. Dies wiederum erhöht die Komplexität der Quantencomputerarchitekturen im Vergleich zu traditionellen (von Neumann)-Computern. „Wir erwarten zwar in den nächsten fünf bis zehn 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.

Josephson-Kontakte fit für die industrielle Fertigung machen

Josephson-Kontakte gelten als vielversprechend, weil ihre Designprinzipien auf etablierten Produktionsprozessen beruhen. Ihre Leistungsfähigkeit hängt jedoch entscheidend von der Qualität der verwendeten Substrate und der Materialien sowie der Reproduzierbarkeit der bei der Herstellung angewandten Prozesse ab. Entsprechend wurde für das Matqu-Projekt die Verbesserung und der Transfer von Materialien und Technologien aus dem Labor in den Markt definiert. „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. Durch neuartige Herstellungsprozesse und die Erprobung bei kryogenen Temperaturen wollen wir so die Fertigung von Bauelementen für das Quantencomputing auf europäischer Ebene voranbringen“, erläutert Dr. Benjamin Lilienthal-Uhlig, Geschäftsfeldleiter Next Generation Computing am Fraunhofer IPMS.

Transfer von Technologie und Know-how ist angestrebt

Neben den technologischen Zielsetzungen strebt Matqu noch ein anderes Ziel an: „Ein zweiter Schwerpunkt ist für uns, 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“, erklärt Lilienthal-Uhlig.

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