Maßgeschneiderte Forschungsumgebungen

Frischer Schwung für Quanten- und neuromorphe Computer

20. Januar 2023, 7:00 Uhr | Heinz Arnold
Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland
Überblick über die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland und das moduleqnc für Quanten- und neuromorphes Computing. Das Vorhaben FMD-QNC wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert.
© Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland

Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland will mit dem kürzlich gestarteten Projekt »FMD-QNC« dem Quanten- und neuromorphen Computing zusätzlich zu den bestehenden Projekten neuen Schub verleihen.

Wie dies genau funktioniert, erklärt Dr. Oliver Pyper, Projektleiter FMD-QNC, im Interview mit Markt&Technik.

Markt&Technik: Das Projekt »Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland – Modul Quanten- und neuromorphes Computing«, kurz: FMD-QNC, ist am 1. Dezember 2022 gestartet. Was unterscheidet das Projekt von den bekannten Quantencomputer-Projekten?

Dr. Oliver Pyper: Wir helfen allen interessierten Unternehmen von Startups bis zu großen Firmen, die richtige Forschungsumgebung für ihre Projekte zu finden bzw. bereitzustellen, um ihre jeweiligen Entwicklungen durchführen zu können. Dies unterscheidet dieses Projekt von vielen andere Projekten, die bestimmte Technologien oder Fragestellungen vorantreiben.

Denn weder die kleinen und mittelständigen Unternehmen noch die Großunternehmen haben alle Maschinen und Anlagen, die dazu erforderlich sind, und sie haben auch nicht immer das Know-how, um sie für die teilweise sehr speziellen Prozessanforderungen zu bedienen. Damit sie an solche Entwicklungsumgebungen herankommen, wurde die »Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland« (FMD) 2017 ins Leben gerufen. Zu den Kooperationspartnern der FMD zählen elf Fraunhofer-Institute aus dem Verbund Mikroelektronik sowie das Leibniz FBH und IHP. Unsere Mitarbeiter:innen aus der Geschäftsstelle in Berlin schauen sich genau an, was die Interessenten an Technologien benötigen, und wählen die entsprechenden Institute aus, die über ganz Deutschland verteilt sind.

Unser USP besteht darin, den Interessenten genau die Maschinen und Kenntnisse aus unseren Mikroelektronik-Instituten zusammenzustellen, die sie für ihre Entwicklungen jeweils benötigen. Für das ergänzende »FMD-Modul Quanten- und neuromorphes Computing« werden die Anlagenparks und verschiedenen Fertigungslinien der beteiligten Partner sowie die Kompetenzbreite der 13 FMD-Institute durch die Einbindung der Fraunhofer-Institute IMWS, IOF, IPM und ILT sowie des Forschungszentrums Jülich und der AMO erweitert.

Wer interessiert daran ist, neue Entwicklungen im Bereich Quantencomputing und neuromorphes Computing durchzuführen, kann jetzt bei der FMD anfragen, bekommt dann ein Angebotspaket zusammengestellt und kann mit seinen Entwicklungen loslegen?

So schnell geht es dann doch nicht. Unsere Hauptaufgabe besteht jetzt erst einmal darin, die Maschinen, die Design-Tools sowie die Mess- und Charakterisierungstechniken, die künftig gebraucht werden, anzuschaffen, zu installieren und in Betrieb zu nehmen. Es geht uns nicht darum, die Forschungsumgebungen für die nächste Generation der Quanten- und neuromorphen Computer aufzubauen, sondern für die übernächste Generation. Das FMD-QNC-Projekt ist auf drei Jahre angelegt – diese Zeit wird, nicht zuletzt wegen der Lieferengpässe, auch gebraucht werden.

Pyper Oliver
Dr. Oliver Pyper, Projektleiter FMD-QNC: »Das Ziel des Projekts FMD-QNC ist es, die bestehenden Quantencomputer- und neuromorphen Computing-Projekte zu ergänzen. Wie schaffen für diese Projekte die Entwicklungsumgebungen, um sie anwendungsnah zu erproben und die Ergebnisse schnell in Prototypen und Kleinserien umzusetzen.«
© Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland

Das heißt, die Interessenten müssen sich erst einmal drei Jahre gedulden?

Nein, die ganzen drei Jahre müssen sie natürlich nicht warten. Es existieren bereits viele Maschinen, die in den Instituten installiert sind und die sich eignen, um die jetzt aktuellen Fragestellungen bearbeiten zu können. Ich gehe davon aus, dass wir in einem Jahr das erste Angebotsportfolio basierend auf dem bestehenden Maschinenpark ausgeben können, um den Interessenten die Möglichkeit zu geben, zeitnah mit ihren Entwicklungen anzufangen. Die Voraussetzungen für die Entwicklungsumgebungen der übernächsten Generationen sollen dann bis in spätestens drei Jahren geschaffen sein.

Das Projekt FMD-QNC soll die Entwicklung sowohl des Quantencomputings als auch des neuromorphen Computing fördern. Wie passt beides zusammen?

Zunächst einmal: Es geht bei der FMD – wie der Name schon sagt – um Mikroelektronik. Was Quantencomputing betrifft, werden mikroelektronische Verfahren benötigt, um die Quantenprozessoren herzustellen. Die Qubits müssen darüber hinaus manipuliert und ausgelesen werden; dazu sind heute z. B. Leitungen erforderlich, die in bis knapp über dem absoluten Nullpunkt tiefgekühlten Regionen des Quantencomputers funktionieren müssen. Wenn Quantencomputer mit Tausenden oder gar Millionen von Qubits realisiert werden sollen, muss der Integrationsgrad zudem viel höher werden als heute möglich. Es können also nicht Tausende von einzelnen Leitungen für Tausende von Qubits verlegt werden, sondern mithilfe mikroelektronischer Fertigungsverfahren sind hochintegrierte Alternativen zu entwickeln.

Es ist die Aufgabe der Aufbau- und Verbindungstechnik, Fertigungsverfahren zu entwickeln, die es beispielsweise erlauben, herkömmliche elektronische Schaltungen auf den Quantenprozessoren zu integrieren, die dann bei sehr niedrigen Temperaturen funktionieren müssen. All das lässt sich nicht mit gängigen CMOS-Technologien bewältigen, dazu sind neue Aufbau- und Verbindungstechniken erforderlich, die auf Basis mikroelektronischer Verfahren in unseren neuen Forschungsumgebungen entwickelt werden können. Es kommt darauf an, in den Entwicklungsumgebungen maßgeschneiderte Mikroelektronik und skalierbare Fertigungs- und Integrationsverfahren zu schaffen.

Was wir durchführen, ist also eine Ergänzung zu all den übrigen Quantencomputing-Projekten, in deren Rahmen ganz bestimmte Technologien entwickelt werden sollen. Wir schaffen für diese Projekte die Umgebungen, um sie zu erarbeiten, anwendungsnah zu erproben und die Ergebnisse schnell in Prototypen und Kleinserien umzusetzen.


  1. Frischer Schwung für Quanten- und neuromorphe Computer
  2. "Grundsätzlich stellen wir die Forschungsumgebungen zur Verfügung"

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