Beispielhafter integrierter photonischer Chip in Labor-Messaufbau mit Faserkopplung. (Quelle: AMO GmbH)

 

Das BMFTR-Projekt SmaraQ trägt zur weiteren Verbreitung des Quantencomputings bei. Die neue photonische Integrationstechnologie des Projekts ersetzt sperrige optische Systeme aus Hunderten von Einzelkomponenten durch lithografisch hergestellte UV-Lichtwellenleiter auf einem Chip. Dadurch werden skalierbarere Ionenfallen-Architekturen ermöglicht. Darüber hinaus zielt das Projekt darauf ab, eine nachhaltige Lieferkette für diese Bauelemente aufzubauen und damit die Position Deutschlands im globalen Quantencomputing-Wettbewerb zu stärken. Die QUDORA Technologies GmbH, die AMO GmbH und das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF haben sich im Forschungsprojekt SmaraQ zusammengeschlossen, um integrierte photonische Komponenten für Ionenfallen-Quantencomputer zu entwickeln. Das Projekt ist nach dem Smaragdkolibri benannt und spiegelt mit seinem Fokus auf Miniaturisierung und Präzision sowie seiner Arbeit im ultravioletten (UV) Spektrum die Fähigkeit des winzigen Vogels wider, UV- Licht wahrzunehmen und mit einer laserhaften Genauigkeit auf kleinsten Maßstäben zu navigieren.

 

Ionenfallen-Quantencomputer verwenden natürliche identische Ionen als Qubits und zeichnen sich durch hervorragende Qubit-Kontrolle und Kohärenzzeiten aus, insbesondere wenn sie die proprietäre NFQC-Technologie (Near Field Quantum Control) von QUDORA für die Ausführung von Quantengattern nutzen. Mit zunehmender Größe dieser Systeme wird es jedoch immer schwieriger, einen präzisen optischen Zugang zu jedem Qubit für die Initialisierung und Laserkühlung aufrechtzuerhalten. Bislang kommen zu diesem Zweck Freiraum-Laserstrahlen aus großen, komplexen optischen Systemen zum Einsatz, was sowohl die maximale Prozessorgröße als auch die Gesamtzahl der nutzbaren Qubits begrenzt. SmaraQ begegnet dieser Herausforderung mit der Entwicklung von UV-Wellenleitern und photonischen Komponenten auf Basis von Aluminiumnitrid (AlN) und Aluminiumoxid (Al₂O₃), die direkt auf Ionenfallen-Chips integriert werden können. »Die On-Chip-Integration ist der Weg in die Zukunft für das Quantencomputing mit Ionenfallen«, erklärt Dr. Maik Scheller, Head of Photonics bei QUDORA. »Wir entwickeln Wellenleiterstrukturen im Nanometerbereich – zehntausendmal dünner als ein menschliches Haar –, die das Licht mit haarscharfer Präzision genau dorthin bringen, wo unsere Ionen-Qubits es benötigen.«

 

Das Projekt vereint komplementäre Kompetenzen: QUDORA Technologies fungiert als Koordinator und Systemintegrator und ist dafür verantwortlich, die Technologie über den Projektzeitraum hinaus zur Marktreife zu bringen. Das Fraunhofer IAF betreibt Materialforschung und produziert durch epitaktisches Wachstum Dünnschicht-AlN-Wafer in weltweit führender Qualität. Die AMO GmbH nutzt modernste Fertigungskapazitäten im Bereich der Nanotechnologie, um die photonischen Komponenten auf den Chips zu entwickeln. Diese Zusammenarbeit etabliert eine widerstandsfähige Lieferkette mit Sitz in Deutschland für die genannten Basistechnologien.

 

Das Vorhaben wird vom BMFTR im Rahmen der Förderinitiative Enabling Technologies für resiliente F&E-Lieferketten in den Quantentechnologien unterstützt. Sie zielt darauf ab, die technologische Souveränität in kritischen Lieferketten der Quantentechnologie zu stärken und gleichzeitig die führende Position Deutschlands und Europas im Bereich Quantencomputing und Quantensensorik zu festigen.

 

Siehe auch:

https://www.quantensysteme.info/projektatlas/projekte/q/smaraq

https://qudora.com/

https://www.amo.de/

https://www.iaf.fraunhofer.de/