18. Dezember 2024
Das Forschungszentrums Jülich hat eine bedeutende Entwicklungspartnerschaft mit ARQUE Systems geschlossen. Im Rahmen dieser Zusammenarbeit wird im kommenden Jahr ein patentierter Quantencomputer mit einem 5-Qubit-Quantenprozessor in die Forschungsplattform JUNIQ (Jülich Unified Infrastructure for Quantum Computing) des Jülich Supercomputing Centre (JSC) integriert. Der halbleiterbasierte Quantencomputer ist direkt schon so konzipiert, dass er in Zukunft auf hunderte von Qubits erweitert werden kann.
Aktuelle Quantenchips sind äußerst empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen, was den Bau stabiler und fehlerfreier Quantencomputer erschwert. Zur Fehlerkorrektur sind Millionen von Qubits erforderlich, da tausende physische Qubits notwendig sind, um wenige logische, fehlerfreie Einheiten zu schaffen. Der Schritt von derzeit rund 1000 Qubits auf eine Million ist jedoch extrem aufwändig.
ARQUE Systems Lösung sind Halbleiter-Qubits, die auf Transistor-ähnlichen Strukturen basieren. Anstelle klassischer Schalter werden sie genutzt, um einzelne Elektronen einzufangen, deren Spin als quantenmechanische Recheneinheit dient. Diese Technologie ist eng mit der bestehenden Halbleiterfertigung verwandt. Daher arbeitet ARQUE Systems eng mit der Helmholtz Nano Facility am FZJ und mit Infineon Dresden zusammen, um Qubits und skalierbare Strukturen zu entwickeln.
Ein weiterer Vorteil von Halbleiter-Qubits liegt in ihrer geringen Größe und der Möglichkeit, die klassische Steuerungselektronik auf dem Halbleiterchip mit Qubit-Einheiten in einer Kachel von etwa 100 µm2 Fläche zu integrieren. Der Chip kann dann aus Millionen solcher Kacheln aufgebaut werden, was aber eine Qubit-Verbindung zwischen den Kacheln erfordert. ARQUE Systems löst dieses Problem durch die Bewegung der Qubits auf dem Chip. Elektronen werden entlang sogenannter Shuttle-Bahnen wie auf einem Fließband über mehrere Mikrometer transportiert, ohne dass die mit ihrem Spin kodierte Information dabei verloren geht. Basierend auf diesem Prinzip nutzt ARQUE eine einzigartige und patentierte Prozessorarchitektur, welche in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde. Diese Technologie ermöglicht es perspektivisch, einige Millionen Qubits auf einem einzigen Quadratzentimeter großen Chip unterzubringen und die notwendige Infrastruktur wie Zuleitungen und Kontrollelektronik zu integrieren.
Die Jülich UNified Infrastructure for Quantum computing (JUNIQ) bietet Wissenschaft und Industrie Zugang zu modernsten Quantencomputern. Die Integration dieser Systeme in die modulare HPC-Umgebung des JSC gestattet zudem hybride Quantum-HPC-Anwendungen. Die Verbindung von Quantensystemen und Supercomputern ermöglicht es, die Stärken beider Technologien zu kombinieren und das Potenzial von Quantencomputern bereits heute für erste praktische Anwendungen zu erkunden. Quantencomputing wird insbesondere bei der Optimierung industrieller Prozesse wie Logistik, Verkehrssysteme und Verfahrenstechnik sowie in der Kryptographie große Bedeutung erlangen. Ebenso findet es in den Grundlagenwissenschaften, etwa in Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Materialforschung vielseitige Anwendung. Zusätzlich eröffnet die Technologie neue Perspektiven im Bereich des Maschinellen Lernens und der Künstlichen Intelligenz.
Die ARQUE Systems GmbH ist eine Ausgründung des Forschungszentrums Jülich und der RWTH Aachen und der führende Entwickler spinbasierter Halbleiter-Quantencomputer sowie Pionier im Bereich Quantenprozessoren. Mit einer umfassenden Patentstrategie, die über 20 Erfindungen von Bauelementen bis zu systemischen Einheiten umfasst, treibt ARQUE technologische Innovationen voran. Das interdisziplinäre Team aus Experten der Quantenphysik, Materialwissenschaften, Ingenieurwesen und Management verbindet wissenschaftliche Exzellenz mit unternehmerischer Kompetenz. Durch starke nationale und internationale Partnerschaften gelingt es ARQUE, visionäre Forschung in marktreife Technologien und Geschäftsmodelle umzusetzen.
