Infineon setzt auf drei QPU-Technologien

Die Zähmung der Qubits

5. Dezember 2022, 12:00 Uhr | Heinz Arnold
Infineon setzt auf drei Hardware-Plattformen, um Quantenprozessoren zu realisieren. Alle drei haben gemeinsam, die aus der IC-Produktion bekannten Technologien zum Teil einsetzen kann, um die Fertigung zu industrialisieren
© Infineon/stock.adobe.com

Infineon setzt auf drei Hardware-Plattformen, um Quantenprozessoren zu realisieren. Alle drei haben gemeinsam, dass Infineon die aus der IC-Produktion bekannten Technologien zumindest zum Teil einsetzen kann, um die Fertigung zu industrialisieren – und ist bereits ein gutes Stück vorangekommen.

»Wir sehen die Quantentechnologie als sehr vielversprechend an und wollen hier auf jeden Fall die Entwicklung mitgestalten. So wollen wir mit dazu beitragen, dass die Technologie, die hierzulande und in Europa auf wissenschaftlicher Basis vorangetrieben wurde, auch in Europa industrialisiert wird«, sagt Sebastian Luber, der cross-divisional für das Thema Quantencomputing bei Infineon zuständig ist. Womit Infineon sich beschäftigt, wird das Herz eines Quantencomputers bilden: die  Quantencomputer Processing Unit (QPU) als der Teil des Computers, in dem die Qubits und die Quantengatter erzeugt werden und wo die entsprechenden Algorithmen ablaufen. »Prinzipiell können wir unsere Technik allen Herstellern von Quantencomputern zur Verfügung stellen«, sagt Luber. Derzeit liegt der Schwerpunkt allerdings auf Europa; hier besteht beispielsweise auf dem Gebiet der supraleitenden Qubits eine enge Zusammenarbeit mit dem finnischen Start-up IQM und dem Walther-Meißner-Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften. Für weitere Kooperationen ist Infineon nach den Worten von Luber sehr offen.

Deshalb engagiert sich Infineon auch sehr stark in QUTAC (Quantum Technology and Application Consortium), deren Vorsitzender Reinhard Ploss ist, der frühere CEO von Infineon, der im März dieses Jahres ausgeschieden ist. Hier haben sich potenzielle Anwender der Quantencomputer von Finanzunternehmen über Automobilhersteller, Chemie- und Pharmaziefirmen bis hin zu Logistikunternehmen zusammengetan, um daran zu arbeiten, Quantencomputer möglichst schnell in die Anwendung zu bringen. »Das findet auf vorwettbewerblicher Ebene statt, da geht es um den Einsatz für industrierelevante Fragestellungen und es geht schon sehr gut voran«, freut sich Luber.

Doch bevor die Quantencomputer in die reale Anwendung vorstoßen können, müssen sie so weit entwickelt werden, dass sie einigermaßen stabil eine Mindestanzahl an Qubits zur Verfügung stellen können und sie in bestimmten Bereichen zumindest auf das Rechenleistungsniveau der heutigen Supercomputer kommen. »Einen Quantenvorteil zu erreichen wäre zwar fantastisch, doch auch die Rechenleistung von heutigen Supercomputern wäre schon erstrebenswert, denn Quantencomputer erreichen dieses Niveau dann zu geringeren Kosten und zu einer wesentlich geringeren Energieaufnahme«, so Luber.

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Bessere Qubits bedeuten weniger Fehlerkorrektur

Doch gilt es, noch zahlreiche Hürden zu nehmen, um das Kunststück zu vollbringen, die industrielle Welt mit den Anforderungen der Quantenbits zusammenzubringen. Die wichtigsten Hürden: Die Qubits müssen besser werden, und sie müssen mehr werden. Denn es hängt von der Performance der Qubits ab, wie hoch die Zahl von Fehlerkorrektur-Qubits sein muss. Je höher die Güte, desto weniger Fehlerkorrektur-Qubits. »Das funktioniert sehr gut in 2D-Strukturen in Ionenfallen, und damit legen wir die Grundlage für Fehlerkorrektur-Mechanismen und arbeiten weiter an der Güte, damit möglichst wenig Overhead erzeugt wird«, erklärt Stephan Schächer, zuständig für das

Dr. Sebastian Luber von Infineon
Sebastian Luber, Infineon: »Als Halbleiterhersteller präferieren wir die Ansätze, in die wir möglichst viel Wissen aus der Halbeitertechnik einbringen können. Ich gehe davon aus, dass sich unterschiedliche Anwendungsbereiche herauskristallisieren werden, für die jeweils eine bestimmte Hardware-Plattform besonders geeignet ist.«
© Infineon

Ionenfallen-Geschäft bei Infineon. Dazu gibt es bereits einige Tricks. Beispielsweise muss man den Quantenzustand selbst nicht immer kennen, sondern nur, ob sich etwas geändert hat. Das geht über Hilfs-Qubits, die anzeigen, ob das Daten-Qubit seinen Zustand geändert hat. Dennoch: In Abhängigkeit von der jeweiligen Hardware-Plattform sind immer noch bis zu 10.000 Korrektur-Qubits erforderlich, um ein fehlerfreies logisches Qubit zu bauen.

Hardware-Architektur steht noch nicht fest

Derzeit gibt es verschiedene Ansätze, die Quantencomputer zu realisieren. Noch zeichnet sich nicht ab, welche Hardware-Architekturen das Rennen machen werden. Denn Quantencomputer lassen sich auf vielen verschiedenen Hardware-Plattformen verwirklichen, weil sich Qubits auf Basis sehr unterschiedlicher Phänomene darstellen lassen: über Photonen (optische Quantencomputer), Josephson-Kontakte (supraleitende Quantencomputer), Fehlstellen in Diamantkristallen, Elektronenspins (halbleiterbasierte Quantencomputer), Atome (Neutralatom-Quantencomputer) und Ionen (Ionenfallen-Quantencomputer), um nur die gängigsten zu nennen.

»Als Halbleiterhersteller präferieren wir die Ansätze, in die wir möglichst viel Wissen aus der Halbeitertechnik einbringen können«, erklärt Luber. Ohne dass die Reihenfolge eine Wertung ausrücken soll, sind das drei Technologieplattformen, an denen Infineon arbeitet: Josephson-Kontakte, Halbleiter und Ionenfallen. Luber: »Jede dieser Technologien hat ihre besonderen Herausforderungen bezüglich der Skalierbarkeit, schon jetzt resultiert daraus ein positiver Wettbewerb. Ich gehe davon aus, dass sich unterschiedliche Anwendungsbereiche herauskristallisieren werden, für die jeweils eine bestimmte Hardware-Plattform besonders geeignet ist.«

Schon 2016 war Infineon mit der Ionenfallen-Plattform gestartet und arbeitet am Standort in Villach an dieser Technik. Partner sind unter anderem die Ionenfallen-Gruppe an der Universität Innsbruck und deren Ausgründung AQT, die ETH Zürich sowie auch das Startup Oxford Ionics aus England. Ionenfallen-QPUs arbeiten bei einer Temperatur von 10 K, was gegenüber Josephson-Kontakten gemütlich warm ist. Wie weit Infineon auf diesem Gebiet ist und welche Vorzüge diese Technik hat, lesen Sie im nachfolgenden Artikel »Durchbruch dank Ionenfallen-Technik« ab S. 100 in dieser Ausgabe.


  1. Die Zähmung der Qubits
  2. Quanten-Prozessoren benötigen viele Verstärker

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