Ein Tag statt Wochen

Quantenchips schneller testen

15. Juni 2022, 9:06 Uhr | Heinz Arnold
Modul eines Ionenfallen-Quantenchips in einem Sockel mit Kompressionsrahmen zur mechanischen Fixierung.
Modul eines Ionenfallen-Quantenchips in einem Sockel mit Kompressionsrahmen zur mechanischen Fixierung.
© Infineon

Die Testzeit für Quantenprozessoren auf Basis von Ionenfallen für den Einsatz in Quantencomputern hat Infineon im Forschungslabor in Villach von mehreren Wochen auf einen Tag gesenkt.

Das neue Quanten-Testlabor in Villach bietet eine Infrastruktur, die auf schnelle Testzyklen und einen zuverlässigen Betrieb ausgerichtet ist. Hier treiben Infineon, die Universität Innsbruck und Joanneum Research die gemeinsame Forschung für marktfähige Quantencomputer voran. Denn es müssen noch einige technische Herausforderungen bewältigt werden, bevor produktiv einsetzbare Quantencomputer Realität werden können. Der globale Forschungswettlauf um die beste Technologie läuft bereits auf Hochtouren. Mitten unter den Innovationstreibern ist ein Team aus Tirol, Kärnten und der Steiermark. Es forscht im Projekt »OptoQuant« gemeinsam an ionenbasierten Quantenprozessoren mit integrierter Optik, um marktfähige Quantencomputer zu entwickeln. 

In den Ionenfallenmodulen mit spezieller Kühlung werden die Quantenteilchen gefangen und durch Laserwellen manipuliert. Dafür hat Infineon nicht nur die Testzeit reduziert, jetzt lassen sich die einzelnen, industriell gefertigten Quantenchips, die mit unterschiedlichen Fertigungsmethoden und Oberflächenmaterialien hergestellt werden, auch schneller überprüfen, verifizieren und in ihrem Chipdesign verbessern. Das beschleunigt den Lern- und Wissenstransfer im Team. 

Gemeinsam wurde auch ein Test-Standard entwickelt, um die Qualität und Zuverlässigkeit des Entwicklungsprozesses insgesamt zu steigern. Den Quantenprozessor entwickelt MATERIALS, das Institut für Oberflächentechnologien und Photonik der Joanneum Research. »Wir arbeiten an optischen Strukturen, um den Quantenprozessor räumlich zu verkleinern. Gemeinsam können wir das Herzstück zukünftiger Quantencomputer entscheidend weiterentwickeln«, sagt Heinz Mayer, Geschäftsführer der Joanneum Research.

Ionenfallen-Chip für Quantencomputer entwickelt und gefertigt am Infineon Standort Villach/Austria.
Ionenfallen-Chip für Quantencomputer entwickelt und gefertigt am Infineon Standort Villach/Austria.
© Infineon

Exzellentes Quanten-Dreieck

Mit dem neuen Testlabor in Villach und dem Halbleiter-Know-how von Infineon wird die Quanten-Expertise der Projektpartner wirkungsvoll ergänzt. An der Universität in Innsbruck steht die Grundlagenforschung, die Ansteuerung und Software-Programmierung im Mittelpunkt. Bei Joanneum Research in Weiz liegt der Fokus in der 3-D-Lithografie mit integrierten Optiken. »Die Grundlagenforschung hat den Weg zum Quantenprozessor geebnet. Jetzt braucht es skalierbare Prozesse und Schnittstellen wie das neue Testlabor, um zwischen der grundlagenorientierten Physik und dem Ingenieurwesen den Quantenprozessor mit Industriestandards weiterzuentwickeln«, sagt Thomas Monz, Senior Researcher am Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck. 

Die Partnerschaft ist auch eine wichtige Drehscheibe für die nächste Generation von Quantenforschern. Allein bei Infineon in Villach arbeiten derzeit zehn Studierende an ihren wissenschaftlichen Projekten. Sie werden dabei von vier Quantenexperten betreut. Zwei Quantenjobs bei Infineon sind aktuell noch zu besetzen. Die Quantenforschungen starteten bei Infineon Austria bereits im Jahr 2016. Seit 2020 sind sie der Business Line Power & Sensor Systems DCDC zugeordnet.  

Zukunftsweisende Quanten-Leuchtturmprojekte brauchen entsprechende Rahmenbedingungen. »Wenn Unternehmen frühzeitig in Zukunftstechnologien investieren und mit innovativen Produkten ‚Made in Austria‘ punkten, dann ist das für den Wirtschaftsstandort Österreich von enormer Bedeutung. Daher freut es uns ganz besonders, wenn wir als FFG das neue Quanten-Testlabor von Infineon über das F&E-Projekt ‚OptoQuant‘ unterstützen können«, erklärt Henrietta Egerth, Geschäftsführer der FFG. Die FFG ermögliche darüber hinaus mit ihrem europäischen Netzwerk die Stärkung von transnationalen Kooperationen für diese wichtige Zukunfts- und Schlüsseltechnologie.

Vielversprechende Anwendungen  

Quantencomputer haben das Potenzial, bestimmte komplexe und rechenintensive Aufgaben um ein Vielfaches schneller zu lösen als klassische Computer. So könnten beispielsweise hochkomplexe Prozesse in der Logistik oder Energieversorgung rasch optimiert werden und zu robusten Lieferketten beitragen. Hohes Potenzial liegt auch in der Entwicklung neuer Medikamente, Impfstoffe oder der personalisierten Medizin, um Wirkungen und Nebenwirkungen schneller simulieren zu können. Auch in der Entwicklung völlig neuer, umweltfreundlicherer, leichterer Materialien ist einiges möglich. 

Forschungsprojekt »OptoQuant«

Das Quanten-Testlabor wird im Rahmen des auf drei Jahre anberaumten Projekts »OptoQuant« umgesetzt. Es startete im Juni 2021 und läuft bis 2024. Das Forschungsvolumen beträgt insgesamt 2,7 Mio. Euro und wird von der »Quantenforschung und Technologie«- Initiative der Nationalstiftung für Forschung, Technologie und Entwicklung und der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG co-finanziert.


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