Helmholtz Dresden forscht an Europa-Quantenchip Equspace mit
Konsortium will Donor-Atome, Licht und Schall auf Silizium-Schaltkreisen kombinieren
Dresden, 9. Januar 2025. Quantencomputer gelten als Hoffnungsträger und Schreckgespenst gleichermaßen: Sie könnten künftig komplexe Verkehrsszenarien, Klimaprognosen, Vorgänge in Fusionskraftwerken und andere ausgewählte Rechenaufgaben in Sekundenbruchteilen lösen, für die heutige Binärrechner Jahrzehnte brauchen würden – so die Erwartung. Ihre enormen Code-Knacker-Fähigkeiten könnten zudem die Kryptogeld-Branche und Geheimdienst-Szene erdrutschartig umkrempeln. Bisher sind solche Quantenrechner aber noch ziemlich teurer und fehleranfällig, ihre Praxistauglichkeit lässt oft zu wünschen übrig.
Europäische Antwort auf Konkurrenz aus USA und China: EU schießt 3,2 Millionen Euro zu
Damit Europa in dieser Schlüsseltechnologie nicht den Anschluss zu den Marktführern in den USA, China, Kanada und Australien verliert, wollen Wissenschaftler aus Sachsen, Finnland und den Niederladen nun den Weg zu einer eigenen Massenproduktion siliziumbasierter, besonders stabiler Quantenchips ebnen. Die EU schießt 3,2 Millionen Euro für dieses „Enabling New Quantum Frontiers with Spin Acoustics in Silicon“ (Equspace) genannte Konsortium zu. Das hat das „Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf“ (HZDR) mitgeteilt, das den Ionen-Beschuss der neuen Quanten-Prozessoren übernommen hat.
HZDR-Projektleiter: Plattform kann perspektivisch klassische Computer und andere Quantencomputer übertreffen
„Durch die gezielte Anreicherung mit speziellen Isotopen bleibt der Quantenzustand länger stabil“, erklärt HZDR-Projektleiter Dr. Nico Klingner die besondere Rolle dieses Dresdner Beitrags im Gesamtprojekt. „Das erlaubt komplexere Quantenoperationen, und die Plattform kann so perspektivisch klassische Computer sowie andere Quantencomputersysteme übertreffen.“
Dresdner bringen ihre Dotier-Expertise ein
Konkret wollen die sächsischen Helmholtz-Forscher Chips, wie sie so ähnlich auch in heutigen Mikroelektronik-Fabriken vorkommen, mit einer Sonderform der sonst üblichen Silizium-Atome spicken. Diese Silizium-28-Isotope sollen dafür sorgen, dass die besonderen Quantenzustände im Computerchip nicht zusammenbrechen. Außerdem beschießen sie die Quantenchips mit Wismut. Sie dienen als „Geber“-Teilchen („Donor“-Atome) mit einem quantenmechanischen Drall („Spin“), der mehrere Zustände gleichzeitig annehmen kann. Erst dadurch entstehen erst die Superrechen-Fähigkeiten der Quantencomputer, die in „Qubit“-Dateneinheiten organisiert sind.
Konzept zielt auf Massenproduktion in Chipfabriken
Solche Qubits werden heute noch meist entweder in Diamant-Fehlstellen oder in tiefgekühlten Supraleit-Systemen erzeugt. Sie sind allerdings sehr empfindlich gegen Hitze, Magnetfelder und andere Umwelteinflüsse. Zudem sind heutige Quantencomputer teuer und enthalten nur wenige Dutzend oder Hundert Qubits – was ihre praktischen Nutzen stark einschränkt. Daher gibt es schon längere Zeit die Idee, Quantenprozessoren mit ähnlichen Methoden wie Digital-Schaltkreise in leicht umgerüsteten Chipfabriken massenhaft herzustellen. Diese Chips sollen aus Silizium bestehen, das mit Fremdatomen dotiert wird, um auf engstem Raum zahlreiche Qubit-Rechenwerke zu erzeugen.
Schall vernetzt die Quanten-Rechenwerke, Laser liest sie aus
Dieses Konzept scheiterte bisher aber unter anderem an Problemen, die Qubits auf den Chips zuverlässig zu erzeugen, stabil zu vernetzen, die Rechenaufgaben einzuspeisen und die Ergebnisse dann auszulesen. Diese Herausforderungen wollen die Helmholtz-Forscher und ihre Partner nun mit Lärm und Licht lösen: Schallwellen sollen die Qubits in schwingenden Strukturen im Chip verbinden, Laser und Einzelelektronen-Transistoren sollen dann die Ergebnisse abfragen.
„Von grundlegender Bedeutung für den Erfolg des Projekts“.
Die Wissenschaftler wie auch die Geldgeber vom Europäischen Innovationsconzilium (EIC) verbinden große Hoffnungen mit dem Projekt „Equspace“, der „die europäische Quantenindustrie langfristig stärken“ soll: „Der Ansatz ist von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass Europa auf dem schnell voranschreitenden Gebiet der Quantentechnologien wettbewerbsfähig bleibt“, meint Prof. Juha Muhonen von der finnischen Universität Jyväskylä, die das Gesamtvorhaben koordiniert. Die Beiträge aus Dresden, insbesondere in der Isotopenreinigung, Implantation und Spannungsoptimierung in Halbleitern, seien „von grundlegender Bedeutung für den Erfolg des Projekts“.
Zum Konsortium gehören neben der Uni Jyväskylä und dem HZDR unter anderem das „VTT Technical Research Centre“ – eine Art „Fraunhofer“ auf Finnisch – das holländische Amolf-Institut und das finnische Quantentech-Jungunternehmen „SemiQon Oy“. Das Projekt startet am 1. Februar 2025. Die Dresdner Beteiligung könnte übrigens perspektivisch noch an Bedeutung gewinnen: Wenn „Equspace“ zu funktionsfähigen und praxistauglichen Quanten-Prozessoren führt, wäre sich mindestens eine Testproduktion an Europas wohl wichtigsten Mikroelektronik-Standort, dem „Silicon Saxony“, eine sinnvolle Option.
Autor: Heiko Weckbrodt
Quellen: HZDR, Wikipedia, Oiger-Archiv
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