20 Nov. Quantenoptik auf einem Chip integriert
Quantencomputer basierend auf Ionenfallen zeichnen sich durch hervorragende Qubit-Kontrolle und Kohärenzzeiten aus. Mit zunehmender Größe dieser Systeme wird es jedoch schwieriger, einen präzisen optischen Zugang zu jedem Qubit für die Initialisierung und Laserkühlung aufrechtzuerhalten. Bislang kommen dafür Freiraumlaserstrahlen aus komplexen optischen Systemen zum Einsatz, wodurch sowohl die maximale Prozessorgröße als auch die Gesamtzahl der nutzbaren Qubits begrenzt wird.
Qudora Technologies, ein Entwickler von Ionenfallen-basierten Quantencomputersystemen, kooperiert im Forschungsprojekt SmaraQ (Integrated Photonics With Aluminum Nitride and Oxide for Ion-Trap-Based Quantum Computing) mit dem Forschungsinstitut Amo und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF. Gemeinsam wollen sie integrierte photonische Komponenten für Ionenfallen-Quantencomputer entwickeln. Die neue photonische Integrationstechnologie soll großvolumige optische Systeme aus Hunderten von Einzelkomponenten durch lithografisch hergestellte UV-Lichtwellenleiter auf einem Chip ersetzen. 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.
Entwickelt werden nach Angaben der Partner UV-Wellenleiter und photonische Komponenten auf Basis von Aluminiumnitrid (AIN) und Aluminiumoxid (AI2O3), die sich direkt auf Ionenfallenchips integrieren lassen. „Die On-Chip-Integration ist der Weg in die Zukunft für das Quantencomputing mit Ionenfallen“, erklärt Dr. Maik Scheller, Head of Photonics bei Qudora.
Qudora ist laut den Partnern Koordinator und Systemintegrator und soll die Technologie über den Projektzeitraum hinaus zur Marktreife bringen, während das Fraunhofer IAF Materialforschung betreibt und durch epitaktisches Wachstum Dünnschicht-AlN-Wafer produziert. Amo nutzt seine Fertigungskapazitäten in der Nanotechnologie, um die photonischen Komponenten auf den Chips zu entwickeln.
Das Projekt zielt außerdem darauf ab, eine nachhaltige Lieferkette für diese Bauelemente aufzubauen. Damit soll auch die Position Deutschlands im globalen Quantencomputing-Wettbewerb gestärkt werden.
Teilnehmende am SmaraQ-Projekttreffen. Bild: Qudora Technologies
Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen der Förderinitiative Enabling Technologies für resiliente F&E-Lieferketten in den Quantentechnologien unterstützt. Sie zielt nach Angaben des BMFTR 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.
Quelle: www.iaf.fraunhofer.de
Bild: www.amo.de