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16-Qubit-Chip statt Megabit-Chip: Fraunhofer Dresden arbeitet an Quantenprozessor

IBM-Forscher Stefan Filipp kontrolliert das Kühlsystem. das den Quantencomputer nahe bei Weltraum-Temperatur hält, damit der Supraleit-Effekt nicht zusammenbricht. Foto: IBM Research

Viele Quantencomputer sind heute noch sehr aufwendige Konstruktionen wie hier dieses System vom IBM.  Hier im Archivfoto kontrolliert Forscher Stefan Filipp das Kühlsystem, das einen IBM- Quantencomputer nahe bei Weltraum-Temperatur hält, damit der Supraleit-Effekt nicht zusammenbricht. Quantencomputer lassen sich aber prinzipiell auch mit Siliziumchips realisieren. Foto: IBM Research

EU fördert Quantentechnologie-Verbundprojekt „QLSI“ mit 14,6 Millionen Euro

Dresden, 22. Februar 2021. Wo einst der Megabit-Speicherchip der DDR entwickelt wurde, arbeitet Fraunhofer nun an einem 16-Qubit-Quantenprozessor: Damit Europa nicht den Anschluss in den Quanten-Technologien verliert, will das Fraunhofer-Photonikinstitut IPMS in Dresden-Klotzsche gemeinsam mit 18 weiteren Partnern einen Quantenchip auf Siliziumbasis entwickeln, der sich für die Kombination zu größeren Systeme und für die Massenproduktion eignet. Die EU fördere das Projekt „Quantum Large-Scale Integration with Silicon“ (QLSI) mit 14,6 Million Euro, teilte das Institut mit.

Nanostrukturierung für Silizium-Qubits aus dem 300-mm-CMOS-Reinraum des Fraunhofer IPMS. Mikroskop-Foto: Fraunhofer IPMS

Nanostrukturierung für Silizium-Qubits aus dem 300-mm-CMOS-Reinraum des Fraunhofer IPMS. Mikroskop-Foto: Fraunhofer IPMS

CNT-Reinraum kann Pilotproduktion testen

Das IPMS und dessen „Center Nanelectronic Technologies“ (CNT) fokussieren sich im Projektverbund darauf, die Massenproduktion des europäischen Quantenprozessors mit den in heutigen Chipfabriken üblichen Anlagen vorzubereiten. Dafür nutzt das CNT einen 4000 Quadratmeter großen Reinraum, der auf die Pilotproduktion von neuartiger Mikroelektronik auf Siliziumscheiben („Wafer“) mit 300 Millimetern Durchmesser spezialisiert ist. Früher hatte das CNT dort zum Beispiel neue Speicherchiptechnologien für Qimonda erprobt, zuletzt aber unter anderem gemeinsam mit Globafoundries und Infineon Dresden an neuen Chipmaterialien und -Technologien geforscht.

Auch Infineon Dresden an Bord

„Wir wollen unser Know-how und unsere Infrastruktur einsetzen, um höchstskalierbare Quantenprozessoren zu ermöglichen, die auf den Errungenschaften und Vorteilen der siliziumbasierten Halbleiterfertigung aufbauen“, betonte Dr. Benjamin Uhlig, der im IPMS das Geschäftsfeld „Next Generation Computing“ leitet. „Dies betrifft zum Beispiel Fertigungsprozesse zur Nanostrukturierung, aber auch Materialentwicklung und elektrische Ansteuerungen aus dem CMOS-Bereich.“ Dabei werde das Fraunhofer-Institut eng mit Infineon Dresden, der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich kooperieren.

Kupferchips, Megabit-Speicher, 300-mm-Technik: Dresdner Norden war schon oft Vorreiter für neue Halbleitertechnologien

Der Dresdner Norden, in dem sich das IPMS und das CNT nach der Wende ansiedelten, hatte schon mehrfach eine Pionierrolle in der Mikroelektronik eingenommen: Dort, wo das IPMS heute residiert, befand sich früher ein Teil des „Zentrums Mikroelektronik Dresden“ (ZMD), das unter anderem den ersten Megabit-Speicherchip und den ersten Herzschrittmacher-Chip der DDR entwickelte. Nach der Wende führten Siemens beziehungsweise Infineon und Motorola in Dresden-Klotsche die ersten Kupferchips ein. Auch war Infineon Vorreiter für die 300-mm-Wafer-Technologie.

Hoffnung auf Quantensprung

Einen „Quantensprung“ für die deutsche Wirtschaft versprechen sich viele Politiker, Ingenieure und Manager nun von den Quantentechnologien. Dazu gehören– vorerst – abhörsichere Datenübertragungen per Quantenkommunikation, aber auch Quantencomputer, die viele Verschlüsselungscodes binnen kurzer Zeit knacken oder hochkomplexe Simulationen in sehr kurzer Zeit möglich machen. Das QLSI-Projekt ist Teil des EU-Quantum-Flaggschiffprogramms, das 2018 startete, mit einer Milliarde Euro dotiert ist und Europas Position in den Quantentechnologien verbessern soll. Beim Praxiseinsatz dominieren in diesem Sektor bisher vor allem US-Unternehmen wie IBM, Google und Amazon sowie eine hochspezialisierte kleinere Unternehmen. Das QLSI-Teilprojekt zielt nun darauf, eine Massenproduktion von Quantenchips in Europa anzukurbeln. Im Fokus stehen dabei siliziumbasierte Speicherzellen, die sich bei Quantencomputern mehr als nur die binären Werte „0“ oder „1“ merken, sondern viele verschiedene Zustände gleichzeitig „ausprobieren“ können. Deshalb werden sie auch nicht als Bits, sondern als „Quantenbits“ (Qubits) gezählt.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quellen: Fraunhofer-IPMS, Oiger-Archiv