Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFTInnovative Verbindungstechnologie ist ein „Enabler“ für die Realisierung von Quantencomputern mit 100 Qubits oder mehr. Die derzeit in Quantencomputern verwendeten Lösungen, wie z. B. Koaxialkabel, stoßen hier an ihre Grenzen. Fraunhofer-Forschungsteams arbeiten an extrem dünnen, flexiblen supraleitenden Kabeln, die eine hohe Dichte von Signalverbindungen ermöglichen. Gleichzeitig kann die thermische Belastung durch einen geringeren Gesamtquerschnitt des Kabels erheblich reduziert werden. Eine auf die Kabel zugeschnittene PCB-Direktverbindung sorgt zudem für ein platzsparendes Verdrahtungssystem.
Flexible supraleitende Verbindungen
Dünne, flexible HF-Übertragungsleitungen für supraleitende Quantenschaltungen, um eine Hochskalierung der parallelen Verbindungen (1000+) im Kryostaten zu ermöglichen.
Mit der Rolle-zu-Rolle-Pilotlinie des Fraunhofer EMFT lassen sich dünne und flexible HF-Signalleitungen für supraleitende Quantenschaltungen realisieren. Dies ermöglicht eine kostengünstige Bearbeitung mittels Lithographie, Laserstrukturierung, Drucken, vakuumbasierten Prozessen und Systemintegration und erlaubt die Realisierung von elektronischen Systemen, die dünn, flexibel und großflächig sind. Dabei können sehr präzise Strukturen mit hoher Wiederholgenauigkeit erzeugt werden.
Die Forschenden nutzen die so genannte "endless electronics" Rolle-zu-Rolle-Anlage, um Kabel in jeder gewünschten Länge zu realisieren. Das Zusammenschweißen von Abschnitten, wie es bei derzeit verfügbaren Lösungen praktiziert wird, entfällt damit - ein erheblicher Qualitäts-, Kosten- und Zeitvorteil.
Das Fraunhofer EMFT verfügt zudem über eine langjährige Erfahrungen im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik. Mit einer maßgeschneiderten Direktkontaktierung zwischen Kabel und Leiterplatte liefern die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine platzsparende Kontaktierungslösung, die optimal an flexible Kabeldesigns angepasst ist und somit für eine hohe Signalintegrität und Zuverlässigkeit sorgt. Spezielle Kontaktelemente gewährleisten eine optimale Signalübertragung auch bei sehr niedrigen Temperaturen.
Erzeugung von Kupferleitungen beliebiger Länge
Supraleitendes, flexibles, geschirmtes Kabel mit PCB Direktkontaktierung, montiert im Kryostaten. Das flexible Kabel ersetzt 16 konventionelle Koaxialkabel.
Hochdichte, flexible Verkabelung für leistungsstarke Quantencomputer
Mit der Anzahl der Qubits steigt auch die Anzahl der benötigten Kabel. Eine platzsparende Verkabelungslösung ist daher für große Quantencomputer unerlässlich. Unser gemeinsam mit dem Fraunhofer IIS entwickeltes Kabeldesign mit einer Dicke von weniger als 100 Mikrometern ermöglicht es, eine große Anzahl von Signalleitungen auf kleinstem Raum unterzubringen. Die flexiblen Verbindungen bieten über 80 einzeln geschirmte Signalleitungen pro Zoll. Dies ist sowohl für die Übertragung von Steuer- als auch von Auslesesignalen der Qubits essenziell.
Die Signalintegrität im Hinblick auf Cross-Talk und Signalverluste ist durch die Verwendung supraleitender Materialien und eines innovativen Abschirmungskonzepts gewährleistet. Darüber hinaus entwickelt das Team zusätzliche spezifische Funktionen wie Bandpass-/Tiefpassfilter oder Dämpfungsglieder, die direkt in das Kabel integriert werden können.
Ein weiterer Vorteil dieser Technologie: Es wird deutlich weniger Wärme passiv übertragen. Die hochdichten supraleitenden Kabel des Fraunhofer EMFT ermöglichen daher eine optimale Ausnutzung der begrenzten Kühlleistung in Quantencomputer-Kryostaten.
Das Fraunhofer EMFT bietet eine Komplettlösung aus flexiblen supraleitenden Kabeln und Verbindungen an, die hinsichtlich der Signaldichte einzigartig ist. Das Kabeldesign ist hoch skalierbar und kann daher jederzeit an die Kundenanforderungen angepasst werden.