Quantensysteme

Am Fraunhofer IAF wird an diamantbasierten Bauelementen und innovativen Lösungen für Zukunftsthemen im Bereich des Quantencomputings und der Quantensensorik geforscht.



Wir forschen und entwickeln Halbleiterbauelemente und elektronische Komponenten zur Ansteuerung und Manipulation von Farbzentren in Diamant, welche als Qubits für das Quantencomputing und als atomarer Sensor für das Quantensensing eingesetzt werden.

Wir untersuchen für das Quantencomputing, wie man mit Stickstoff-Vakanz-Zentren (NV-Zentren) in Diamant einzelne Qubits realisieren, stabilisieren, manipulieren und diese zu einem größeren Quantenregister verschränken kann, um Quanten-Gate-Operationen durchführen zu können. Um das Quantencomputing nutzbar zu machen, sind ein weiterer wichtiger Bestandteil die Software und Industrieanwendungen. Daher forschen wir auch im Bereich des Quantum Software Engineering sowie hybrider Quantenanwendungen und -algorithmen.

Für die Quantensensorik erforschen wir technologische Verfahren, um mittels Farbzentren hochempfindlich Magnetfelder für Anwendungen in der Nanoelektronik, der Navigation und der Biomedizin zu vermessen.

Wichtige Kernkompetenzen für die Nutzung dieser Quantenzustände sind die Materialentwicklung für diamantbasierte Bauelemente sowie unser Know-how in der Optoelektronik und Mikrowellentechnologie, das wir zur Anregung der Farbzentren auf atomarer Ebene nutzen und zu diesem Zweck weiterentwickeln.

Unser Angebot

Ein rauscharmer Verstärker (70 – 116 GHz) mit einer durchschnittlichen Rauschtemperatur von 30 K, hergestellt mit der 35-nm-HEMT-Technologie des Fraunhofer IAF.
© Fraunhofer IAF
Ein rauscharmer Verstärker (70 – 116 GHz) mit einer durchschnittlichen Rauschtemperatur von 30 K, hergestellt mit der 35-nm-HEMT-Technologie des Fraunhofer IAF
Kryogene Messstation am Fraunhofer IAF
© Fraunhofer IAF
Kryogene Messstation am Fraunhofer IAF
  • Materialien: 
    • Wachstum von isotopenreinen Diamantkristallen
    • Herstellung von Farbzentren in Diamant
  • Komponenten:
    • Mikrowellenquellen (1 – 5 GHz)
    • Rauscharme Verstärker (optimiert auf tiefe Temperaturen)
  • Verschränkte Qubits:
    • 1-Qubit und 2-Qubit-Gatter (10 nm Technologie auf 4“-Substraten) 
    • Spin- und Photonen-basierte Qubit-Arrays
  • Quantenhardware
    • Quantenspeicher und Quantenprozessoren (100 nm Technologie)
    • Lichtquellen, Wellenleiter und Detektoren für polarisiertes Licht
  • Analytik & Messtechnik:
    • Kryotechnik (T = 4 K)
  • Quantenalgorithmen und -software für industrielle Anwendungen

Erfahren Sie mehr über unsere Forschung und Entwicklung im Quantencomputing.

Erfahren Sie mehr über die Möglichkeiten der Zusammenarbeit im Fraunhofer Kompetenzzentrum Quantencomputing Baden-Württemberg.

 

Messspitze aus Diamant mit eingebautem Stickstoff-Vakanz-Zentrum
© Fraunhofer IAF
Messspitze aus Diamant mit eingebautem Stickstoff-Vakanz-Zentrum. Durch neuartige quantenphysikalische Systeme ergeben sich neue Möglichkeiten für hochempfindliche Sensortechnologien wie das Laserschwellen-Magnetometer.
  • Kundenspezifisches Wachstum von synthetischen Diamantkristallen
  • Laterale Strukturierung von Diamant z. B. für Wellenleiterstrukturen oder Rastersondenspitzen
  • NV-dotierter CVD-Diamant mit Farbzentren für Quantensensorik, Magnetometrie und Einzelphotonenquellen
  • Anwendungspezifische Entwicklung von Sensorlösungen basierend auf NV-Zentren
  • Durchführung von Machbarkeitstudien zur Quantensensorik und insbesondere zur Quantenmagnetometrie

Erfahren Sie mehr über unser Applikationslabor Quantensensorik.

Erfahren Sie mehr über unsere Forschung und Entwicklung in der Quantensensorik.

 

Applikationslabor Quantensensorik

Mit unseren Quantenmagnetometern können Sie das Innovationspotenzial von Quantensensoren für Ihre spezifischen Anforderungen evaluieren.

 

Kompetenzzentrum Quantencomputing

Quantencomputing in die Anwendung bringen: Erfahren Sie mehr über Möglichkeiten der Zusammenarbeit und Schulungen im Kompetenzzentrum.

 

Forschung am Fraunhofer IAF

 

Aktuelle Forschungsprojekte im Bereich Quantensysteme am Fraunhofer IAF finden Sie hier.

Unser Netzwerk

»Quantentechnologien haben bedeutendes wirtschaftliches Potenzial. Aus unserer Sicht fehlt es aber an Anwendungsentwicklung. Mit dem Applikationslabor für Quantensensorik kann das Fraunhofer IAF bedeutend beitragen, diese Lücke zwischen Industrie und Grundlagenforschung zu schließen.«

Dr. Nils Trautmann, Head of Quantum Technologies, ZEISS 

 

»Im Kompetenzzentrum Quantencomputing Baden-Württemberg werden wir gemeinsam Plattformen für Schulungen, Industrie-Workshops und Hackathons anbieten, um eine enge Zusammenarbeit und ein Ökosystem mit wissenschaftlichen, öffentlichen und privaten Institutionen zu schaffen.«

Dr. Heike Riel, Head Science & Technology, IBM Research

Eine Auswahl unserer Partner

  • Advantest Europe GmbH
  • Airbus Defence and Space GmbH
  • Attocube Systems AG
  • BASF SE
  • Bausparkasse Schwäbisch Hall AG
  • Cynora GmbH
  • Diamond Materials GmbH
  • Evatec Europe GmbH
  • JoS Quantum GmbH 
  • IBM Deutschland GmbH
  • HQS Quantum Simulations GmbH
  • Merck KGaA
  • Q.ANT GmbH
  • Quantum Brilliance
  • Robert Bosch GmbH
  • SVA System Vertrieb Alexander GmbH
  • UniCredit Bank AG
  • Wüstenrot & Württembergische AG

Fraunhofer-Leitprojekt »QMag«

Im Projekt »QMag« entwickelt das IAF mit fünf weiteren Fraunhofer-Instituten und drei Universitäten Quantenmagnetometer für industrielle Anwendungen.

Weitere Kooperationen

Eine Übersicht, in welchen weiteren Verbünden und Clustern das Fraunhofer IAF vertreten ist, erhalten Sie hier:

  • KIT
  • University of Colorado Boulder
  • Universität Freiburg
  • Universität Konstanz
  • Universität Leipzig
  • Universität Stuttgart
  • Universität Tübingen
  • Universität Ulm
 

Jahresbericht 2020/21 »Quantum«

Lesen Sie in unserem Jahresbericht, wie wir mit unserer Forschung am Fraunhofer IAF und unserem Netzwerk die zweite Generation der Quantentechnologien aktiv mitgestalten. 

Videos zu Quantentechnologien

Quantencomputer: Funktionsweise und Anwendungen

 

Quantencomputing verspricht, durch hochparallele Datenverarbeitung Probleme bewältigen zu können, die mit der heutigen Rechenleistung kaum lösbar sind. Doch wie funktionieren Quantencomputer und was sind die Unterschiede zu klassischen Computern? Diese Animation zeigt es.

Quantensensorik am Fraunhofer IAF

 

Quantensensoren aus Diamant ermöglichen die Messungen kleinster Magnetfelder bei Raumtemperatur. Dieses Video erklärt das Messprinzip und wie Quantensensoren helfen können, Fehler in Festplatten oder nanoelektronischen Schaltungen zu erkennen.

Weitere Videos finden Sie hier.