{"id":31217,"date":"2025-08-07T09:00:00","date_gmt":"2025-08-07T07:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/fmd-insight.de\/?p=31217"},"modified":"2026-01-20T09:12:34","modified_gmt":"2026-01-20T08:12:34","slug":"der-weg-zum-skalierbaren-quantenprozessor-quasar","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/news\/interviews\/der-weg-zum-skalierbaren-quantenprozessor-quasar\/","title":{"rendered":"Der Weg zum skalierbaren Quantenprozessor<\/strong> | \u00dcber das Projekt QUASAR"},"content":{"rendered":"\n

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©<\/span>Adobe Stock | Vitte Yevhen <\/div><\/div><\/div>\n
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Im Interview: Dr. Henriette Tetzner und Dr. Felix Reichmann vom Leibniz IHP<\/strong><\/p>\n<\/div><\/div><\/div> \n <\/div>\n\n \n <\/div>\n\n\n

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Um innovative Fortschritte im Bereich der Quantentechnologien zu erzielen, spielt die Qualit\u00e4tspr\u00fcfung von Materialien eine zentrale Rolle. Dr. Henriette Tetzner [HT] und Dr. Felix Reichmann [FR] arbeiten am Leibniz IHP<\/a> im Bereich Materialforschung in der Gruppe Semiconductor Quantum Materials und erl\u00e4utern im Interview, wie sie im QUASAR-Projekt die Charakterisierung von Si\/SiGe-Heterostrukturen vorantreiben. Au\u00dferdem geben sie Einblicke in die notwendigen Bedingungen f\u00fcr das Sichtbarmachen quantenmechanischer Effekte, wie extrem niedrige Temperaturen und starke Magnetfelder. Die Expert:innen diskutieren die interdisziplin\u00e4re Zusammenarbeit mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie sowie die Herausforderungen bei der Entwicklung skalierbarer Quantenprozessoren.<\/strong><\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n <\/div>\n\n\n

Wir stehen hier im Quantum Transport Laboratory, in dem Sie im Rahmen des Projekts QUASAR arbeiten. Zun\u00e4chst: Was genau passiert in diesem Labor und was sehen wir \u00fcberhaupt?<\/p>\n<\/div>

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[FR]: In diesem Quantentransportlabor schaffen wir Bedingungen bei denen quantenmechanische Effekte f\u00fcr den Transport von Elektronen in Silizium relevant werden. Um diese Effekte sichtbar zu machen, m\u00fcssen wir die Umgebungsbedingungen stark ver\u00e4ndern, zum Beispiel durch sehr niedrige Temperaturen bis zu 100 mK (rund -273 \u00b0C).<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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©<\/span>IHP | Matthias_Baumbach<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

W\u00fcrden wir die Experimente bei Raumtemperatur durchf\u00fchren, w\u00fcrden die quantenmechanischen Eigenschaften durch thermische Effekte vollst\u00e4ndig \u00fcberlagert werden und f\u00fcr uns nicht messbar sein. Aus diesem Grund sehen wir hier auch zwei Kryostate \u2013 eins ist das Teslatron-PT von Oxford Instruments, mit dem wir bis zu 300 mK erreichen k\u00f6nnen, das andere ist das L-Type Rapid von Kiutra, mit dem wir 100 mK erreichen.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Was ist neben den niedrigen Temperaturen noch n\u00f6tig, um quantenmechanische Effekte sichtbar zu machen?<\/p>\n<\/div>

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[FR]: Wir setzen zudem starke Magnetfelder ein. Genauer gesagt, arbeiten wir im Labor mit Magnetfeldern von bis zu 12 Tesla. Zum Vergleich: Das durchschnittliche Erdmagnetfeld hier in Mitteleuropa liegt bei etwa 48 Mikrotesla. Also sind die Magnetfelder, mit denen wir hier arbeiten, bis zu 240.000-mal st\u00e4rker. Erzeugt werden sie in unseren Kryostaten durch supraleitende Spulen.<\/p>\n

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[HT]: Zusammen mit den extrem niedrigen Temperaturen und sehr kleinen Bauteilen im Nanometerbereich schaffen wir so ideale Bedingungen, um quantenmechanische Eigenschaften von Elektronen hervorzurufen. Diese nutzen wir dann, um Materialien und Bauteile zu charakterisieren und anzupassen. Unser Ziel ist es, diese Technologien f\u00fcr den Einsatz in Quantenprozessoren nutzbar zu machen. Die Messungen, die wir anstellen, flie\u00dfen auch in unser QUASAR-Projekt ein. Das Labor haben wir \u00fcbrigens als Teil des Projekts aufgebaut.<\/p>\n<\/div>

Was genau wird im QUASAR-Projekt gemacht?<\/p>\n<\/div>

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[HT]: QUASAR (kurz f\u00fcr Halbleiter-Quantenprozessor mit shuttlingbasierter skalierbarer Architektur) ist ein vom Bundesministerium f\u00fcr Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gef\u00f6rdertes Projekt, das darauf abzielt, eine skalierbare Architektur f\u00fcr einen halbleiterbasierten Quantenprozessor zu entwickeln. Der Fokus liegt auf der Spin-Koh\u00e4renz von Elektronen in Silizium\/Silizium-Germanium-Quantent\u00f6pfen (Si\/SiGe), die als Qubits in einem Quantenprozessor dienen sollen. Diese Qubits werden durch Shuttling, also das gezielte Bewegen von Elektronen zwischen verschiedenen Punkten auf dem Chip, miteinander gekoppelt. Ziel ist es, eine Architektur zu entwickeln, die keine geometrischen Skalierungsgrenzen aufweist und mit den bestehenden industriellen Halbleitertechnologien realisiert werden kann.<\/p>\n

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Um das zu erreichen, arbeiten wir mit verschiedenen Partnern, wie der Forschungszentrum J\u00fclich GmbH, der HQS Quantum Simulations GmbH, Infineon Technologies Dresden GmbH & Co. KG, der Universit\u00e4t Konstanz und der Universit\u00e4t Regensburg sowie mit den ebenfalls in der FMD kooperierenden Instituten Fraunhofer IAF und Fraunhofer IPMS zusammen. Die Hauptkoordination liegt dabei bei der RWTH Aachen.<\/p>\n

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Jeder Partner hat nat\u00fcrlich unterschiedliche Aufgaben. Wir als IHP sind ma\u00dfgeblich am Arbeitspaket 1, dem Design und der Fertigung einer Heterostruktur, beteiligt. Hier arbeiten wir haupts\u00e4chlich mit dem Leibniz IKZ aus Berlin und der Uni Regensburg zusammen. Im Arbeitspaket 2 werden theoretische Modelle entwickelt \u2013 geleitet von der Uni Konstanz. Das Arbeitspaket 3 umfasst die Fabrikation unter Leitung von Infineon Dresden und unter Einbindung des Fraunhofer IPMS und dem IHP. Im Arbeitspaket 4 liegt der Hauptfokus auf der Charakterisierung der Quantenbauteile, geleitet vom Forschungszentrum J\u00fclich und der RWTH Aachen. Dabei geht es aber um die Qubits und nicht um die Teststrukturen, mit denen wir uns in unserem Labor haupts\u00e4chlich besch\u00e4ftigen.<\/p>\n<\/div>

Welche Funktion hat das Labor im Projekt?<\/p>\n<\/div>

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[HT]: Im Rahmen des Projekts haben wir die Bauteile entwickelt, die wir im Labor charakterisieren und die es uns erm\u00f6glichen, die Materialqualit\u00e4t und elektronische Eigenschaften der verwendeten Si\/SiGe-Heterostrukturen<\/a> zu untersuchen. Diese Bauteile sind von ihrer Gr\u00f6\u00dfe her nicht im Nanometerbereich (so wie die Qubits), sondern eher im Mikrometer- bis Millimeterbereich angesiedelt. Es sind Teststrukturen, die es erlauben, quantenmechanische sowie klassische Eigenschaften der Elektronen zu bestimmen.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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©<\/span>IHP | Franziska Wegner<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

[FR]: Der Aufbau \u00e4hnelt einem Transistor. Diese Bauteile erhalten die Form einer Hall-Bar, die auf Chip Carrier montiert wird.<\/p>\n

Wir nutzen die Teststrukturen, um die Qualit\u00e4t des Materials und der Fabrikationstechnologie einsch\u00e4tzen zu k\u00f6nnen. Denn der gro\u00dfe Vorteil solcher Teststrukturen ist, dass sie weniger aufwendig zu fabrizieren sind als ein Qubit und auch die Messungen deutlich schneller ablaufen. Somit k\u00f6nnen wir in k\u00fcrzerer Zeit Material und Technologie anpassen, bzw. optimieren. Daraus werden Erkenntnisse gewonnen, die wir mit den Projektpartnern teilen, die einen gleichen bzw. \u00e4hnlichen Materialstapel nutzen, um schon parallel ein Qubit zu entwickeln \u2013 oder einen sogenannten \u00bbQubus\u00ab, also ein Bauteil, in dem Elektronen \u00fcber lange Strecken verlustfrei \u00bbgeshuttled\u00ab werden k\u00f6nnen. Im QUASAR-Projekt geht es ja nicht nur darum, einzelne Qubits zu entwickeln, sondern ein ganzheitliches Skalierungskonzept, basierend auf der Shuttling-Architektur vom Forschungszentrum J\u00fclich und der RWTH Aachen, zu demonstrieren. Und daf\u00fcr wird eben von uns diese Silizium-Germanium-Heterostruktur in sehr guter Qualit\u00e4t ben\u00f6tigt.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Was macht das Labor und das QUASAR-Projekt so einzigartig?<\/p>\n<\/div>

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[HT]: Ich glaube, unser Alleinstellungsmerkmal ist, dass wir die Heterostruktur selbst in unserem Reinraum produzieren. Und nat\u00fcrlich k\u00f6nnen wir auch die SiGe-Technologie \u2013 f\u00fcr die das IHP auch in anderen Bereichen weltweit bekannt ist \u2013 direkt nutzen. Mit dem Quantentransportlabor haben wir zudem einen schnellen Feedbackloop zur Charakterisierung und Verifizierung im Haus, durch den wir praktisch unabh\u00e4ngig von Partnern sind. Nicht zu vergessen ist, dass wir die Heterostrukturen auch anderen Partnern oder Kunden zur Verf\u00fcgung stellen k\u00f6nnen, die dann eigene Quantenbauteile darauf bauen.<\/p>\n

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[FR]: Ich glaube, in Deutschland sind wir die einzigen, die das in diesem Rahmen so anbieten k\u00f6nnen. Also die Epitaxie, die Fertigung der qualitativ hochwertigen Heterostruktur in einem sehr industrienahen und industriekompatiblen Reinraum. Da gibt es in Europa vielleicht zwei-drei andere Institute oder Firmen, die das so produzieren k\u00f6nnen. Die Maschinen selbst sind hingegen nicht au\u00dfergew\u00f6hnlich.<\/p>\n<\/div>

Wie lange dauert so ein ganzer Prozess von der Epitaxie bis zur Charakterisierung?<\/p>\n<\/div>

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[FR]: Grunds\u00e4tzlich warten wir vielleicht ein bis zwei Wochen, bis das Wachstum der Heterostruktur abgeschlossen ist. Dann kommt die Fabrikation der Bauteile, die auch noch mal so zwei bis vier Wochen beansprucht. Anschlie\u00dfend muss der Wafer vorcharakterisiert werden, um zu pr\u00fcfen, ob das Bauteil defekt ist, bevor der Stapel zers\u00e4gt und gebondet wird \u2013 das ben\u00f6tigt ebenfalls noch ein paar Wochen Zeit. F\u00fcr die Messung selbst brauchen wir ungef\u00e4hr eine Woche. In Summe dauert es somit bestimmt um die zwei Monate, bis der Reinraum ein Feedback von uns bekommt. Das ist schon deutlich schneller, als jedes Mal ein Qubit zu bauen und zu charakterisieren, was mitunter \u00fcber sechs Monate in Anspruch nehmen kann.<\/p>\n<\/div>

Wie ist der aktuelle Stand von QUASAR?<\/p>\n<\/div>

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[FR]: Die offizielle Projektlaufzeit endete im Januar 2025 und wichtige Meilensteine wurden bereits erreicht: zum Beispiel exzellente Si\/SiGe-Heterostrukturen mit isotopenreinem 28Si, ladungskoh\u00e4rentes Shuttlen und funktionale Quantenpunkte wurden bereits demonstriert. Allerdings haben wir und weitere Partner die Laufzeit verl\u00e4ngert, weil noch weitere Ziele erreicht werden sollen. Die Verl\u00e4ngerung endet dann am 30. September 2025. Stand jetzt ist auch kein direktes Nachfolgeprojekt geplant.<\/p>\n<\/div>

Wenn kein Nachfolgeprojekt geplant ist, wie werden die Projektergebnisse zuk\u00fcnftig weiter genutzt?<\/p>\n<\/div>

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[FR]: Nun, zum einen haben die Aachener das Start-up ARQUE Systems gegr\u00fcndet, das auch Projektpartner ist. Dieses Start-up hat die Idee, Quantenprozessoren nutzerfreundlich zu gestalten \u2013 daf\u00fcr ben\u00f6tigen sie die Technologie, die im Projekt entwickelt wird\/wurde. Die Ergebnisse werden also weiter genutzt.<\/p>\n

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[HT]: Davon abgesehen profitiert nat\u00fcrlich auch das IHP von dem Projekt. Wir k\u00f6nnen einen enormen Know-how-Aufbau verzeichnen, haben eine Silizium-Germanium-Heterostruktur entwickelt, die wir nun auch anderen Kunden anbieten k\u00f6nnen, die Quantentechnologien entwickeln wollen.<\/p>\n<\/div>

Lassen Sie uns einen Blick auf die Highlights und Projekterfolge werfen. Welche gab es da aus Ihrer Sicht?<\/p>\n<\/div>

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[FR]: Zuerst w\u00fcrde ich die exzellente Zusammenarbeit betonen. Wir haben so viele Partner. Industrie, Unis, Start-ups sowie Forschungsinstitute \u2013 und die Kooperation klappt nahezu reibungslos. Das ist wirklich super und nicht selbstverst\u00e4ndlich.<\/p>\n

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Au\u00dferdem konnte man den akademischen Prozess aus Aachen zur Fertigung von Shuttling-Bauteilen auf industrielle Anlagen und Prozesse \u00fcbertragen. Zus\u00e4tzlich wurden entscheidende Funktionalit\u00e4ten der Bauteile wie das ladungskoh\u00e4rente Shutteln demonstriert. Dies waren meiner Meinung nach enorm wichtige Schritte f\u00fcr die Entwicklung eines Quantenprozessors mit skalierbarer Architektur.<\/p>\n

Aus IHP-Sicht war der gr\u00f6\u00dfte Erfolg sicherlich die Entwicklung einer Heterostruktur, die so eine hohe Qualit\u00e4t hat, dass sie sich mit der aktuellen Weltspitze messen kann oder diese sogar \u00fcbertrifft.<\/p>\n<\/div>

Lassen Sie uns abschlie\u00dfend noch \u00fcber die Besonderheit der Technologie sprechen. Welche Rolle spielt die Halbleitertechnologie Ihrer Meinung nach bei der zuk\u00fcnftigen Skalierung von Quantencomputern?<\/p>\n<\/div>

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[FR]: Quantencomputer lassen sich prinzipiell mit verschiedenen Plattformen realisieren \u2013 zum Beispiel mit Ionenfallen oder supraleitenden Schaltkreisen. Aber auch Halbleitertechnologie bietet hier eine sehr spannende Option und diese wird ja im Rahmen des QUASAR-Projekts erforscht. Welche Plattform am Ende das Rennen macht \u2013 und wann \u2013 ist aktuell noch offen. Das, was die Halbleitertechnologie am Ende f\u00fcr die Entwicklung von Quantenprozessoren so spannend macht, ist die F\u00e4higkeit des Skalierens: Um die ben\u00f6tigte Anzahl von vielleicht Millionen physikalischer Qubits mit hoher Performance und Reproduzierbarkeit zu erreichen, kann man die bereits sehr hoch entwickelte CMOS-Technologie nutzen.<\/p>\n

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Hinzu kommt: Die Quantentechnologie stellt mitunter h\u00f6here Anforderungen an das Design, die Materialien und die Fertigung im Halbleiterbereich. Dadurch bietet sich neuer Raum f\u00fcr technologische Innovationen und das macht dieses Forschungsfeld auch f\u00fcr andere Applikationen spannend. Au\u00dferdem ist die Halbleitertechnologie extrem wichtig f\u00fcr die technologische Souver\u00e4nit\u00e4t von Deutschland und Europa.<\/p>\n

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Wenn wir in Deutschland gezielt auf Halbleitertechnologie setzen, schaffen wir damit nicht nur die Grundlage f\u00fcr einen m\u00f6glichen Quantenprozessor, sondern bauen auch weiteres Know-how auf. Das Forschungsfeld zieht junge Talente an, die sich f\u00fcr das Thema begeistern und sich darin ausbilden lassen wollen. Das ist ein echter Synergieeffekt.<\/p>\n<\/div>Mehr \u00fcber QUASAR erfahren<\/a>

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©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik <\/div><\/div>\n <\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Um innovative Fortschritte im Bereich der Quantentechnologien zu erzielen, spielt die Qualit\u00e4tspr\u00fcfung von Materialien eine zentrale Rolle. Dr. Henriette Tetzner und Dr. Felix Reichmann erl\u00e4utern im Interview, wie sie im QUASAR-Projekt die Charakterisierung von Si\/SiGe-Heterostrukturen vorantreiben. <\/p>\n","protected":false},"author":151,"featured_media":31247,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":true,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[9],"tags":[],"class_list":["post-31217","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-interviews"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/31217","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/151"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=31217"}],"version-history":[{"count":9,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/31217\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":32973,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/31217\/revisions\/32973"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/31247"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=31217"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=31217"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=31217"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}