Fehlerverbesserte Quantencomputer durch supraleitende Quantenprozessoren

Quantum Computer in the Solid State - QSolid

Am 01.01.2022 startete das auf 5 Jahre angelegte Verbundprojekt „Quantum computer in the solid state - QSolid“ unter Federführung des Forschungszentrums Jülich (FZJ). Das Ziel ist die Entwicklung eines fehlerverbesserten Quantencomputers auf Basis supraleitender Quantenprozessoren sowie dessen frühzeitige Einbindung in die bestehende Supercomputerumgebung im FZJ. Ein erster Demonstrator soll bereits 2024 in Betrieb gehen und für frühzeitige Tests von Anwendungen sowie für Benchmark-Untersuchungen zu Verfügung stehen. Im weiteren Projektverlauf ist die Erweiterung zu einer Multiprozessor-Maschine geplant, in der verschiedene supraleitende Quantenprozessoren der nächsten Generation zum Einsatz kommen.

Die beteiligten Forschungseinrichtungen und Unternehmen repräsentieren wesentliche Elemente der für Quantencomputer notwendigen Wertschöpfungskette und bereiten so die Kommerzialisierung dieser Spitzentechnologie vor. Neben der Konzentration auf die Verbesserung der Qubit-Qualität nehmen Material-, Design-, Prozess- und System-Entwicklung, die Charakterisierung bei tiefen Temperaturen, sowie die software-technische Anbindung an vorhandene Supercomputer einen breiten Raum im Rahmen des Projektes ein.

Als Fraunhofer IZM sind wir im Arbeitspaket „Technologie für Hardware-Integration“ in die Teilaufgabe „Kryogenes Packaging“ eingebunden. Gemeinsam mit den Projektpartnern Globalfoundries, FhG-IPMS und dem Forschungszentrum Jülich werden Untersuchungen zur Ko-Integration von Qubit sowie Ansteuer-und Ausleseelektronik vorgenommen. Wesentliche Elemente sind hierbei das thermische Management/die thermische Entkopplung, die Realisierung hochdichter supraleitender Verdrahtungs- und Kontaktstrukturen sowie die Montage der Qubit- und CMOS-ICs. Zusätzlich sind die „Isolation“ der Qubits sowie die Skalierbarkeit der Packaginglösung von wesentlicher funktionaler Bedeutung. Es ist geplant, die am IZM-ASSID entwickelten Si-Interposer basierenden Technologien in Bezug auf die o.g. Anforderungen zu modifizieren und zu charakterisieren. Von besonderem Interesse ist der am Fraunhofer IZM-ASSID erarbeitete Silizium-Flex-Interposer-Ansatz, der für den Einsatz bei tiefen Temperaturen mit supraleitenden (Hochfrequenz)-Verdrahtungen und Verbindungen hoher Dichte einschließlich der damit verbundenen Herstellungstechnologien weiterentwickelt bzw. optimiert wird.