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Globalfoundries steigt in Quantenchip-Produktion ein

Ein Psiquantum-Wafer in der Globalfoundries-Produktion. Foto: Globalfoundries

Ein Psiquantum-Wafer in der Globalfoundries-Produktion. Foto: Globalfoundries

Dresdner Fabrik liefert Teil der Elektronik für kalifornischen Eine-Million-Qubit-Computer

Dresden/Malta/Palo Alto, 12. Mai 2021. Globalfoundries Dresden beteiligt sich künftig an der Produktion neuartiger photonischer Quantenchips. Das geht aus einer Mitteilung des Halbleiter-Auftragsfertigers gemeinsam mit dem kalifornischen Projektpartner „Psiquantum“ aus Palo Alto hervor. Benötigt werden derartige Quantentechnologie-Bausteine, um sehr leistungsfähige Supercomputer und Code-Knacker herzustellen. Dieser Rechner sollen revolutionäre Fortschritte in der Medikamenten-Entwicklung, Landwirtschaft, im Klimaschutz und bei der Suche nach neuartigen Werkstoffen ermöglichen.

Psiquantum-Chef setzt auf Qubit-Massenproduktion mit Chipfabrik-Technologie

Die meisten Quantencomputer heutzutage haben nur ein paar Handvoll „Qubits“ – das sind die elementaren Speicher- und Rechenzellen in derartigen Rechnern. Psiquantum-Chef Jeremy O’Brien ist jedoch überzeugt: Der Durchbruch für diese Technologie kommt erst, wenn Quantencomputer mit über einer Million Qubits auf den Markt kommen. Und die lassen sich nach Meinung von O’Brien nur dann mit vertretbarem Kostenaufwand produzieren, wenn man dabei auf lichtbasierte Siliziumchips setzt, die sich in normalen Mikroelektronik-Fabriken herstellen lassen. Dabei setzt er auf das Prinzip “Fusion-based quantum computing” (FBQC). Dafür hat er sich auch mit Globalfoundries zusammengetan.

Prototyp mit Einzelphotonen-Quellen ist fertig

Nun haben die Partner einen wichtigen Meilenstein geschafft: Sie haben Prototypen derartiger Chips fertigen können. Die bestehen aus mehreren Ebenen:

Den Elektronikchip oben liefert Globalfoundries Dresden, die photonische Quantenebene ganz unten produziert die Globalfoundries-Fabrik bei New York. Foto: Psiquantum

Den Elektronikchip oben liefert Globalfoundries Dresden, die photonische Quantenebene ganz unten produziert die Globalfoundries-Fabrik bei New York. Foto: Psiquantum

  • Ganz unten befindet sich der eigentliche Quantenchip, dessen photonische Quellen und Empfänger einzelne Lichtportionen (Quanten) austauschen können. Flüssiges Helium kühlt diese Ebene bis auf etwa minus Grad 269 Celsius herunter, damit sie Strom widerstandslos leitet, also supraleitend ist – sonst brechen die Quanten-Rechnenwerke zusammen. Die Produktion dieser photonischen Silizium-Ebene hat das Globalfoundries-Werk in Malta bei New York übernommen.
  • Ganz oben steuert ein klassischer Elektronikchip das System und wertet die Rechensignale aus. Diesen Chip produziert die Fab 1 von Globalfoundries in Dresden. Die Sachsen setzen dafür ihre spezielle 22FDX-Technologie ein. Diese eigne sich für die Quantenchips besonders, um stromsparende und dennoch schnelle Lösungen zu realisieren, erklärt Thorsten Kammler, leitender Ingenieur bei Globalfoundries Dresden.
  • Dabei spielen unter anderem die besonderen Möglichkeiten der FDX-Technik eine Rolle, die Schaltspannung bei tiefen Temperaturen zu beeinflussen.
  • Dazwischen zieht ein externer Dienstleister eine besondere Kontaktebene mit über 100.000 Verbindungen zwischen Quantenebene und klassischer Elektronikebene.

Psiquantum will künftig Tausende solcher Quantenchips in Deutschland und in den USA herstellen lassen, um daraus schließlich seinen Millionen-Qubits-Quantencomputer zu bauen.

Reinraum-Menschen passieren eine Glasbrücke in der Globalfoundries-Fabrik Dresden. Foto: Globalfoundries

Reinraum-Menschen passieren eine Glasbrücke in der Globalfoundries-Fabrik Dresden. Foto: Globalfoundries

Dresden an weiteren Quantentechnologie-Projekten beteiligt

Parallel zum Psiquantum-Verbund beteiligen sich Globalfoundries und weitere Dresdner Chipfabriken und Forschungsinstitute an anderen deutschen und europäischen Quantentechnologie-Projekten. Infineon Dresden arbeitet beispielsweise am „Quasar“-Projekt mit, das auf einen Quantencomputer „Made in Germany“ zielt, sowie am „QLSI“-Vorhaben, das zu industriereifen Halbleiter-Qubits führen soll. Beteiligt ist daran auch das Nanoelektronik-Zentrum CNT im Fraunhofer-Photonikinstitut IPMS Dresden. Unabhängig davon forscht das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf an Photonenquellen für Quantentelefonie-Systeme.

IBM-Quantencomputer. Foto: Graham Carlow für IBM

IBM-Quantencomputer. Foto: Graham Carlow für IBM

Führend im Quantencomputing gelten derzeit vor allem nordamerikanische Unternehmen wie IBM, D-Wave, Google oder die Amazon-Tochter AWS. Sie verwenden aber teils deutlich andere technologische Ansätze als Psiquantum.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quellen: Globalfoundries, Psiquantum, Oiger-Archiv

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