Über das Projekt QLSI

Im Projekt "QLSI – Quantum Large-Scale Integration with Silicon" – soll innerhalb von vier Jahren ein 16-Qubit-Chip entwickelt und damit der Grundstein für die industrielle Umsetzung von Halbleiter-Quantenprozessoren in Europa gelegt werden. Die EU fördert das Projekt mit insgesamt 14,6 Millionen Euro. Das Fraunhofer IPMS ist Teil des Projekts. Silizium-Qubits lassen sich schnell ansteuern und auslesen und sind aufgrund ihrer kleinen Größe, ihrer hohen Güte und ihrer Kompatibilität mit industriellen Herstellungsprozessen ideal geeignet für das Quantencomputing. Silizium-Qubits wurden schon vielfach erfolgreich demonstriert; im Projekt geht es nun darum, eine skalierbare Technologie für eine spätere industrielle Umsetzung zu entwickeln und einen 16-Qubit-Chip zu demonstrieren.

Innerhalb des vierjährigen Projekts arbeitet ein Konsortium aus 19 Partnern mit komplementären Fähigkeiten zusammen. Das Fraunhofer IPMS bringt mit dem Center Nanelectronic Technologies einen 4000 m² Reinraum und seine Expertise in hochmoderner, industriekompatibler CMOS-Halbleiterfertigung auf 300-mm Wafer-Standard ein. "Wir wollen unser Know-how und unsere Infrastruktur einsetzen, um höchstskalierbare Quantenprozessoren zu ermöglichen, die auf den Errungenschaften und Vorteilen der siliziumbasierten Halbleiterfertigung aufbauen. Dies betrifft zum Beispiel Fertigungsprozesse zur Nanostrukturierung, aber auch Materialentwicklung und elektrische Ansteuerungen aus dem CMOS-Bereich. In enger Zusammenarbeit mit  Infineon Dresden, der RWTH Aachen und dem FZ Jülich sollen somit erste Qubit-Demonstratoren auf Waferlevel realisiert werden" erklärt Dr. Benjamin Uhlig, Geschäftsfeldleiter des Bereichs Next Generation Computing am Fraunhofer IPMS.Das Projekt QLSI ist Teil des ehrgeizigen Quantum Flagship-Programms der EU, einer 10-Jahres-Forschungsinitiative mit einem Volumen von 1 Mrd. €, die 2018 gestartet wurde. Das übergeordnete Ziel ist es, die wissenschaftliche Führung und Exzellenz Europas im Quantencomputing zu konsolidieren und auszubauen, eine wettbewerbsfähige europäische Industrie für Quantentechnologien in Gang zu bringen und Europa zu einer dynamischen und attraktiven Region für innovative Forschung, Unternehmen und Investitionen in diesem Bereich zu machen.

Über das Projekt QUASAR

QUASAR will in den nächsten vier Jahren Grundlagen für die industrielle Fertigung von Quantenprozessoren schaffen. Ziel ist ein Halbleiter-Quantenprozessor, der auf dem Austausch von Elektronen („Shuttle“) basiert und mit in Deutschland verfügbarer Technologie realisiert werden soll. Dafür arbeiten Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, von Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft (darunter auch das Fraunhofer IPMS-CNT in Dresden) und der Leibniz-Gemeinschaft, der Universitäten in Regensburg und Konstanz, des Quanten-Start-ups HQS sowie von Infineon Dresden zusammen. Die Projektkoordination liegt beim Forschungszentrum Jülich. 

„Ein wesentlicher Vorteil der Silizium-basierten Spin-Qubits: Sie sind robust und schnell und weisen gleichzeitig ein hervorragendes Skalierungspotenzial auf“, sagt Claus Dahl, Director Automotive Sense and Control bei Infineon Dresden. 

Bei Silizium-basierten Qubits wird die Quanteninformation durch den Spin von Elektronen kodiert. Diese Elektronen sitzen an sogenannten Quantenpunkten, an speziellen Halbleiterstrukturen im Nanometerbereich. Für die Wechselwirkung zwischen den Qubits sollen neuartige Verbindungselemente zum Einsatz kommen. Diese sogenannten Quantenbusse ermöglichen prinzipiell, die Elektronen kontrolliert über Distanzen von bis zu ca. 10 Mikrometern zu transportieren, ohne dass die Quanteninformation verloren geht. In Zusammenarbeit mit Quantenwissenschaftlern der RWTH Aachen hat Infineon bereits prozesstechnische Ansätze für eine skalierbare Architektur für entsprechende Quantenprozessoren erarbeitet.