Fraunhofer IPMS
Neue Kryostaten beschleunigen Qubit-Forschung
Im März hat Center Nanoelectronic Technologies (CNT) am am Fraunhofer IPMS neue Kryostate für die Forschung an Qubits und der Qualifizierung von Supraleiter-Systemen in Betrieb genommen.
Die neuen Kryostate am CNT ermöglichen es, unterschiedlichste Strukturen, Materialien und Schaltkreise unter diesen enorm kalten Bedingungen zu testen. Der Kryostat »SD dilution refrigerator system« (kurz »SD-Kryostat«) vom finnischen Unternehmen Bluefors bietet in Bezug auf den aktuellen Bestand am Fraunhofer IPMS vor allem Vorteile durch seine Vielseitigkeit und die Optionen zur Erweiterung. So ist es möglich, elektrische Leitungen passend zu den jeweiligen Anforderungen nachzurüsten und auch zusätzliche Komponenten zur Signalerzeugung oder -aufbereitung auf wärmeren Kühlstufen zu installieren. Der SD-Kryostat wird zur CMOS-Technologieentwicklung eingesetzt, um stabile digitale Schaltungen und Systeme zu schaffen, die unter extremen Bedingungen funktionieren können. Diese sind Teil der laufenden Forschungsprojekte »ARCTIC« und »QSolid« am Fraunhofer IPMS. Darüber hinaus sollen auch Systeme getestet werden, bei denen sich die einzelnen Teilkomponenten in verschiedenen Temperaturbereichen befinden, wie beispielsweise Interposern, ebenfalls ein Ziel im Projekt »QSolid«.
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Schnell und effektiv testen
Der »L-Type Rapid« Kryostat vom Münchner Unternehmen Kiutra verfügt über eine Art Aufzug, mit dem die Proben in die Probenkammer geladen werden, wodurch nicht das gesamte System, sondern nur die Proben selbst abgekühlt werden müssen.
Durch die verkürzte Abkühl- und Aufwärmdauer der Probekammer, wird ein erhöhter Durchsatz an zu analysierenden Proben erreicht. Der Kryostat kann außerdem ein starkes Magnetfeld erzeugen, wie es auch in einigen Quantencomputern vorherrscht.
Er verzichtet bei der Kühlung auf das übliche Helium-Gemisch und erreicht die extrem niedrigen Temperaturen im Millikelvin-Bereich einzig durch die Verwendung von Helium-4 und der Entladung von mehreren Magneten, um noch tiefere Temperaturen zu erreichen. Durch diese alternativen Verfahrensweisen werden Kosten eingegrenzt und Testprozesse können effektiver und schneller durchgeführt werden. Der L-Type Rapid findet so vor allem Anwendung in der Charakterisierung von Dünnschichten und supraleitenden Resonatoren für die Auslese von Qubits.
Bis hinunter zu 30 mK
Bisher konnten Proben am CNT bis auf 1,7 K heruntergekühlt werden. Die neuen Systeme erweitern nun den Messbereich bis auf 30 mK herab. Bei diesen Temperaturen arbeiten auch die Qubit- und Kontroll-Chips etablierter Quantencomputer-Konzepte. Die Prozessentwicklung der erforderlichen Komponenten wie Supraleiter oder Kryo-Elektronik wird sich durch die Inbetriebnahme der neuen Tieftemperatur-Messgeräte stark beschleunigen. Forschung und Analyse, die mit der Entwicklung von Quantenprozessoren untrennbar verbunden sind, um deren niedrige Fehlerraten und hohe Leistungsfähigkeit zu gewährleisten, werden durch den Einsatz der neuen Geräte gefördert. Die neuen Kryostate erweitern die Messkapazitäten, die das CNT seinen Partnern in Förderprojekten oder als Direktdienstleistung anbieten kann. Das Ziel eines souveränen Quantencomputers mit sächsischen Wurzeln rückt dank der Förderung und dem Ehrgeiz der Forschenden immer näher.
Die Bereitstellung der Anlagen wurde vom Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft, Kultur und Tourismus (SMWK) gefördert.
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