Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFTQuantentechnologien 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.
Quantentechnologien
200 mm wafer mit Al Josephson-Junction-Teststrukturen für supraleitende Qubits
Zukunftsweisende Lösungen für skalierbare Quantenhardware und -systeme
Die Schwerpunkte des Programms für Quantentechnologien am Fraunhofer EMFT konzentrieren sich auf die Skalierung und Miniaturisierung wichtiger Komponenten für Quantencomputer. Für einen erfolgreichen Markteintritt ist es zudem entscheidend, dass die entwickelten Technologien mit industriellen Standardprozessen kompatibel sind.
Forschende des Fraunhofer EMFT arbeiten in diesem Kontext an waferbasierten Herstellungsprozessen für supraleitende Qubits und einer Übertragung der Qubit-Herstellung von Forschungsgeräten auf eine Foundry-ähnliche Prozessumgebung. Auf der institutseigenen Quantum CPU Pilotlinie werden bereits Quantenverarbeitungseinheiten von Oxford Quantum Circuits gefertigt.
Gleichzeitig treibt das Fraunhofer EMFT in seinem Quantentechnologien-Programm neuartige Integrationstechnologien wie Heterogene 3D-Integration für supraleitende Qubits und Ionenfallen-Qubits voran.
Handling eines Wafers mit Qubit-Chips
Hochdichte, flexible Verkabelung für kryogene Anwendungen
Das interdisziplinäre Forschungsteam für Quantentechnologie am Fraunhofer EMFT
Flexibilität ist gefragt: Hochdichte Supraleitende Verbindungstechnik
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.
Chip Design für Quantenprozessoren
Die Forschenden am Fraunhofer EMFT nutzen ihr umfassendes Fachwissen, um supraleitende Quantenschaltungen für skalierbare 3D-integrierte QPUs zu realisieren. Außerdem entwerfen, entwickeln und validieren sie Komponenten und Systeme für kryogene Elektronik wie ASICs mit EDA-Tools in Industriequalität und fertigen diese bei den Halbleiter-Foundry-Partnern des Instituts. Das Fraunhofer EMFT bietet seinen Kunden und Kundinnen in diesem Bereich elektronisches Systemdesign einschließlich ASIC-Design an. Die ASICs werden hauptsächlich eingesetzt, um das Zielsystem effizient zu gestalten und/oder kundenspezifische Funktionen für ein Zielprodukt zu realisieren. Mit Blick auf die Zukunft sind die am Fraunhofer EMFT entwickelten integrierten Schaltungstechnologien für die Skalierung von Quantencomputerarchitekturen unerlässlich, bei denen die Signalverarbeitung mit integrierter Fehlerkorrektur nahe am QPU implementiert werden kann, um eine schnelle Rückkopplung und eine integrierte optische oder elektrische Steuerung zu ermöglichen.
Entwicklung und Charakterisierung von Quantentechnologien Hand in Hand
Begleitend zu den 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. So lassen sich Qualität, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der am Fraunhofer EMFT entwickelten Quanten-Hardware-Komponenten fundiert bewerten. Diese Leistungen bietet das Fraunhofer EMFT auch externen Partnern an. Die Ergebnisse liefern wertvolle Erkenntnisse, die wiederum Impulse für eine optimierte Entwicklung von Quanten-Hardware setzen.
Das Forschungsprogramm Quantentechnologien am Fraunhofer EMFT adressiert die zentralen Schlüsselkomponenten, um Quantencomputing fit für den realen Einsatz außerhalb von Laborumgebungen zu machen. Die 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 zu entwickeln.