Qubit-Wafer und Qubit-Chips

Quantencomputer können Probleme lösen, die das Leistungsvermögen klassischer Rechner übersteigen. Das macht sie für viele Anwendungsbereiche, z. B. für Künstliche Intelligenz, interessant. Basis für Quantencomputer sind sog. Qubits, die im Gegensatz zu Bits nicht nur zwei Zustände (1 oder 0) annehmen können, sondern einen Quantenzustand dazwischen. Man spricht dabei auch von Überlagerung. Dieser Zustand ist jedoch sehr störanfällig, sodass kleinste Erschütterungen oder Temperaturschwankungen dazu führen, dass ein Qubit diesen überlagerten Zustand verliert. Um Qubits zu realisieren und damit die Entwicklung von Quantencomputern voranzubringen, existieren verschiedene Ansätze, u. a. Ionenfallen, spinbasierte Qubits und supraleitende Schaltkreise. Am Fraunhofer EMFT wird daher an der Entwicklung und Produktion solcher supraleitender Qubits geforscht, konkret an Transmon-Qubits.

Quantenchips (Chips, auf denen sich ein Quantensystem befindet) können ähnlich wie ein aus der Halbleiterindustrie bekannter klassischer integrierter Schaltkreis entworfen und hergestellt werden. Eine Schwachstelle ist jedoch nach wie vor die mangelnde Skalierbarkeit der Qubits auf solchen Chips. Daher ist es das Ziel von Forschenden am Fraunhofer EMFT, eine reproduzierbare und skalierbare Produktion von Quantenprozessoreinheiten (QPUs) mit einer großen Anzahl von Qubits zu realisieren. Dazu sollen Foundry-ähnliche Herstellungsprozesse im 200 mm-Wafer-Maßstab entwickelt werden, durch die eine Skalierbarkeit von supraleitenden Qubits über 1000 Qubits erreicht werden soll. Der Entwicklungsschwerpunkt liegt auf der Optimierung von Präzision und Reproduzierbarkeit in der Chip-Produktion, sodass diese für den Bau von Quantencomputern eingesetzt werden können. Auf diese Weise soll es auch möglich werden, Process Development Kits (PDK) für Industrieanfragen bereitzustellen, um die Herstellung von Qubit-Chips auf 200 mm-Wafern an industrielle Standards anzupassen.

Die Forschung an den Qubit-Chips wird im Rahmen des Munich Quantum Valley, gefördert vom Land Bayern (Hightech Agenda Bayern), unterstützt.