Diamant-basierte Quantenhardware für skalierbare Quantenprozessoren

23.04.2021 / Start des Verbundprojekts »QC-4-BW« im Rahmen des Kompetenzzentrums Quantencomputing Baden-Württemberg

Den Kern von Quantencomputern bilden sogenannte Qubits – beliebig manipulierbare Zweizustands-Quantensysteme, die das Potenzial haben Rechenaufgaben zu lösen, bei denen klassische Bit-basierte Computer zum Scheitern verurteilt sind. Obwohl es heutzutage verschiedene Ansätze gibt, Qubits zu realisieren, kommen bislang in Quantencomputern nur supraleitende Qubits zum Einsatz. Eine Alternative könnten spin-basierte Systeme bieten, wie zum Beispiel »Farbzentren« in hochreinem Diamant; einem Forschungsbereich indem das Fraunhofer IAF langjährige Erfahrung besitzt. Hier setzt das Verbundprojekt »QC-4-BW« an, das mit dem Ziel gestartet ist, einen der ersten funktionalen Diamant-basierten Quantenprozessoren zu entwickeln.

Schmatische Darstellung NV-Magnetfelder Fraunhofer IAF
© Fraunhofer IAF

Im April fand das Kick-off für das vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF koordinierte Projekt »QC-4-BW - Entwicklung und Benchmarking eines Diamant-basierten, spintronischen Quantenregisters für einen aufskalierbaren Quantenprozessor« statt. Es ist eines der ersten Verbundprojekte, das im Zuge des Kompetenzzentrums Quantencomputing Baden-Württemberg angelaufen ist. Ziel des Projekts ist die Entwicklung und das Benchmarking eines miniaturisierten und skalierbaren Quantenprozessors, der auf optisch gekoppelten Quantenregistern basiert, wobei jedes Quantenregister durch 10 Kernspin-basierte Qubits und einen Elektronenspin gebildet wird.

Kern des Vorhabens ist die Erforschung und Demonstration von Spin-basierten Quantenregistern aus Diamant für die Realisierung eines skalierbaren Quantenprozessors. Dafür wird ein 10-Qubit-Quantenregister entwickelt, das als einziges bisher realisiertes Register auch über einen integrierten Quantenspeicher verfügt. Darüber hinaus verfügt der verfolgte technologische Ansatz auch den Vorteil, nicht auf extrem niedrige Temperaturen gekühlt werden zu müssen, wie es bei supraleitenden Qubit-Systemen der Fall ist. Das erleichtert nicht nur den laufenden Betrieb von Diamant-basierter Quantenhardware, sondern auch den Aufbau von Quantencomputerarchitekturen sowie deren Anschluss an die notwendige Auslese- und Steuerelektronik.

Um die Leistungsfähigkeit der im Projekt entstehenden Technologien zu testen, wird die Infrastruktur des Kompetenzzentrum Quantencomputing Baden-Württemberg zum Einsatz kommen. Die entwickelten Quantenregister, die Qubit-Topologien sowie die Ein- und Zwei-Qubit Quantengatter werden mit den entsprechenden Komponenten des IBM Quantencomputers »Q System One« verglichen, der seit Anfang des Jahres in Ehningen steht und dessen Betrieb vom Fraunhofer IAF und Fraunhofer IAO koordiniert wird.

Weitere Informationen

Projekt »QC-4-BW«

Mehr Informationen zum Projekt sowie den involvierten Partnern finden Sie hier:

Projekte des Kompetenzzentrums Quantencomputing BW

Hier finden Sie eine Übersicht aktueller Projekte:

Quantentechnologien am Fraunhofer IAF

Eine Übersicht über die Forschungsarbeiten des Fraunhofer IAF im Bereich der Quantentechnologien erhalten Sie hier.