SEQUENCE - Kryogene 3D-Nanoelektronik

© IBM Research
IBM Q Quantencomputer

Derzeitige Quantencomputer nutzen lange Kabel zur Verbindung von Raumtemperaturvorspannung sowie Auslese- und Steuerelektronik. Um hochgradig skalierbare Quantencomputer zu ermöglichen, bedarf es einer kryogenen Elektronik (< 4 K) mit einer Vielzahl von Funktionalitäten, die unter extrem rauscharmen Bedingungen und mit begrenzter Leistungsaufnahme arbeiten.

Im Projekt SEQUENCE wird dies erreicht, indem Silizium- und III/V-Technologie kombiniert wird, was Quantencomputer mit verbesserter Skalierbarkeit, Leistung und reduzierten Kosten ermöglicht.

Das Fraunhofer IAF arbeitet an drei wichtigen Teilbereichen des Projekts:

Wir bringen unsere Expertise im Bereich der besonders rauscharmen kryogenen Elektronik ein. Wir entwickeln und vergleichen zwei am IAF entwickelten Technologien für die Anwendung in Quantencomputern: Kryogene MOSHEMT- und HEMT-MMICs mit extrem niedrigem Rauschen und niedriger Leistungsaufnahme.

Außerdem arbeiten wir an der 3D-Integration von rauscharmen Verstärkern und Schaltern. Durch 3D-Integration verringert sich die Chipgröße und es entstehen geringere Verluste durch kürzere Zusammenschaltung der einzelnen Komponenten. Dies ist für Anwendungen in Quantencomputern ideal, da der Bereich, der kryogen gekühlt werden muss, möglichst klein bemessen sein sollte und die 3D-Integration eine bessere Skalierbarkeit von Quantencomputern verspricht.

Als Drittes kümmern wir uns um die Charakterisierung der Elektronik, die eine wesentliche Voraussetzung sowohl für die Technologiebewertung als auch für das Design ist. Da es keine kommerziell erhältlichen Komplett-Messplätze für Messungen unter kryogenen Bedingungen gibt, ist die genaue Charakterisierung im Tieftemperaturbereich eine große Herausforderung. Am Fraunhofer IAF stehen Messplätze für Kryo-on-Wafer-Messungen bis zu einer Umgebungstemperatur von 6 K und einer Frequenz von 50 GHz zur Verfügung.

PROJEKTTITEL

SEQUENCE – Kryogene 3D-Nanoelektronik

 

LAUFZEIT

2020 – 2022

FÖRDERMITTELGEBER

Europäische Union - Horizon 2020

KOORDINATOR

Universität Lund

ZIELE

  • Verbesserung der HEMT-Technologie für kryogene Bedingungen mit einer Steilheit von mehr als 1 S/mm bei einer Versorgungsspannung von 0,1 V und einem Strom von maximal 50 mA/mm
  • Verbesserung der Rauschtemperatur von Verstärkern bei 5 GHz mit reduzierter Leistungsaufnahme. Die Zielwerte sind eine Rauschtemperatur von kleiner 2 K bei einer Leistungsaufnahme von weniger als 3 mW
  • Entwicklung eines Arrays mit mindestens vier rauscharmen Verstärkern in Kombination mit 3D-Integration von Verstärkern und HF-Schaltern

This project is receiving support by the European Union under grant agreement number 871764.

Weiterführende Informationen

Kooperationsprojekt SEQUENCE

Erfahren Sie mehr über das Kooperationsprojekt und seine Partner:

Am Fraunhofer IAF

Quantencomputing

Alle Informationen zu unserer Forschung im Bereich Quantencomputing finden Sie hier.

Am Fraunhofer IAF

Elektronische Schaltungen

Wir entwickeln Transistoren, monolithisch integrierte Schaltungen (ICs) und Module für ein breites Anwendungsspektrum.