MATQu | Vollständige Wertschöpfungskette für Qubits und Quantencomputing-Technologien
Mit Quantencomputern können komplexe Berechnungen deutlich schneller als mit herkömmlichen digitalen Computern durchgeführt werden. Doch ihre (Rechen-)Leistung hängt stark von ihrem zentralen Hardwareelement ab: dem Qubit.
Es gibt mehrere Ansätze zur Realisierung von Qubits, doch fehlt es ihnen noch an stabilen, skalierbaren Fertigungswertschöpfungsketten, um industriell nutzbare Technologien zu werden. Das Projekt »MATQu« (Materials for Quantum Computing) zielt darauf ab, das europäische Know-how im Bereich der Materialien und Prozesse zu erweitern und die europäische Industrie in die Lage zu versetzen, festkörperbasierte Quantencomputer weiterzuentwickeln.
Eine europäische Wertschöpfungskette für Qubits und Quantencomputer
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Als äußerst vielversprechende Qubit-Kandidaten haben sich supraleitende Josephson Junctions (SJJs) erwiesen, mit denen sich eine signifikante, nichtlineare Steigerung der Rechenleistung mit der Anzahl der Qubits in einem Quantencomputer erzielen lässt.
Das EU-finanzierte Projekt MATQu soll nun Technologieoptionen für die Herstellung supraleitender Josephson-Kontakte unter Nutzung industrieller Silizium-basierter Prozessabläufe validieren.
Der relativ schnelle Erfolg von Qubits auf der Grundlage von Josephson Junction lässt sich auf Konstruktionsprinzipien zurückführen, die auf gut etablierten Produktionsverfahren beruhen. Die Leistung von SJJs hängt jedoch entscheidend von der Qualität der Herstellungssubstrate, der für die Schaltungskomponenten verwendeten Materialien und der Reproduzierbarkeit der bei der Herstellung angewandten Verfahren ab.
Eine stabile und kontrollierte Wertschöpfungskette ist der Schlüssel zur Verbesserung dieser Parameter in der Zukunft.
Die industrielle Markteinführung neuartiger Materialien, Bauelemente und deren Charakterisierung stellt für Europa eine große Herausforderung dar, bietet aber auch die Chance, eine vollständige Wertschöpfungskette für die Josephson Junction-Technologie und QC zu schaffen. Eine solche vollständige Wertschöpfungskette wird einen wesentlichen Beitrag zur technologischen Souveränität Europas leisten und somit als Grundlage für eine europäische Führungsrolle in dieser sozioökonomisch strategischen Anwendung dienen.
MATQu im Fokus
Das Projekt befasst sich mit Substrattechnologie, supraleitenden Metallen, Resonatortechnologie, Through-Wafer-Via-Löchern, 3D-Integration und Charakterisierung der Variabilität. Die Substrat-, Prozess- und Testkompatibilität wird im Hinblick auf die Integrationsverfahren für Qubits bewertet. Kernsubstrat- und Prozesstechnologien mit hohen Qualitätsfaktoren, verbesserter Materialabscheidung auf großen Substraten und erhöhter kritischer Temperatur für den supraleitenden Betrieb sollen entwickelt und validiert werden.
Dafür bringt das Projekt europäische Forschungs- und Technologieorganisationen von Weltrang, industrielle Fertigungsanlagen und führende Anwendungspartner im Bereich der Festkörper-Qubits zusammen. Denn um die dringend benötigten Fortschritte zu erzielen, ist die Zusammenführung von Expertise aus verschiedenen Fachgebieten wichtig.
Projektstand
Das Projekt wurde mittlerweile erfolgreich abgeschlossen und erreichte alle 60 Meilensteine sowie 58 Deliverables innerhalb der vorgesehenen Laufzeit, mit offiziellem Abschluss im Mai 2024. Trotz Herausforderungen wie der COVID-19-Pandemie, Materialknappheit und politischen Unsicherheiten blieb das Vorhaben stets auf Kurs. Die hervorragende Zusammenarbeit zwischen KMUs, Großunternehmen und Forschungsorganisationen gepaart mit der hohen Motivation aller Beteiligten spielte eine Schlüsselrolle für den Erfolg. Alle gesetzten Projektziele wurden erreicht. Der finale Bericht wird bis Juli 2024 erwartet.
MATQu auf einen Blick |
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Projektlaufzeit |
Juni 2021 – Mai 2024 |
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Projektpartner |
Geleitet wird das Projekt von der gemeinsamen Geschäftsstelle des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik und der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland sowie vom Fraunhofer IAF, außerdem ist das Fraunhofer IPMS beteiligt. Weitere (internationale) Projektpartner sind: Atotech Deutschland GmbH, Beneq Oy, Besi Austria GmbH, BULL S.A.S, CEA, Delft Circuits B.V., IMEC, intelligent fluids GmbH, IQM Finland Oy, Keysight Technologies Deutschland GmbH, kiutra GmbH, Mellanox Technologies Ltd., Orange Quantum Systems, Siltronic AG, Soitec SA., Technic (France) Inc. & VTT |
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Projektziele |
Das wichtigste technische Ziel des Projekts MATQu ist die Verbesserung und der Transfer von Materialien und Technologien für supraleitende Qubits von den Laboren auf den Markt. Fertigungsinfrastrukturen nach dem Vorbild der Industrie werden die Optimierung von Prozessparametern und die systematische Verbesserung der Leistung von supraleitenden Qubits ermöglichen. |
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Förderung |
Das Projekt wurde vom ECSEL Joint Undertaking (JU) unter der Fördervereinbarung Nr. 101007322 gefördert. Das JU erhält Unterstützung durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union und Deutschland, Frankreich, Belgien, Österreich, Niederlande, Finnland, Israel. |
