Projekte und Kooperationen
PGI-9 ist derzeit an mehreren Projekten und Kooperationen beteiligt:
Projekts QuantERA - MAGMA
Das MAGMA-Projekt des europäischen QuantERA-Programms für Forschung und Innovation in Quantentechnologien ist im Sommer 2022 offiziell gestartet. In dem Projekt werden Theorie, Modellierung, Herstellung und Experiment kombiniert, um das Zusammenspiel von Magnetismus und Supraleitung in modernsten nano-elektronischen Bauelementen zu untersuchen, die auf magnetischen topologischen Materialien basieren. Dieses hybride System hat vielversprechende Eigenschaften, um robuste topologische Zustände zu realisieren, die als zukünftige Bausteine für die Quantenberechnung dienen können.
Entwicklung von Spin-Qubit-Bauelementen aus ZnSe/(Zn,Mg)Se-Quantenstrukturen
DFG-Projekt zusammen mit Prof. Dr. Lars Schreiber (Lars Schreiber - RWTH AACHEN UNIVERSITY Institut für Quanteninformation - (rwth-aachen.de) von der RWTH über elektrostatisch definierte Spin-Qubits aus II-V.
Elektrisch kontrollierte Photonenkondensate in III/V-Halbleiter-Heterostrukturen
In diesem Projekt wollen wir räumlich strukturierte Halbleiterchips als Plattform für die Kondensate etablieren. Dazu verwenden wir Halbleiter-Quantentopfstrukturen als aktives Medium auf einem hochreflektierenden Bragg-Spiegel.
Partner: Prof. Martin Weitz Universität Bonn, Dr. Frank Vewinger Universität Bonn
ForMikro - SiGeSn-NanoFETs (BMBF)
Die forschungsintensive Mikroelektronik und ihre Anwendungen sind branchenübergreifend der Motor für Fortschritt, Wettbewerb und Innovation. Um die Pipeline der neuen Mikroelektronik voll zu halten, soll neues Wissen in den Natur- und Ingenieurwissenschaften für die zukünftige Mikroelektronik erschlossen werden. Die Förderung von Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen konzentriert sich auf Themen, die noch nicht industriell erforscht werden, für die aber ein nachgewiesenes Interesse der Industrie besteht. Damit wird die Brücke zwischen Grundlagenforschung und industriegeführter Forschung in der Mikroelektronik ausgebaut.
Partner: RWTH Aachen, FZJ, Univ. Stuttgart, HZDR, IHP, GlobalFoundries, Siltronic AG, ROVAK-Flash Lamp Systems GmbH
ML4Q steht für "Matter and Light for Quantum Computing". Der Exzellenzcluster hat 2019 sein wissenschaftliches Programm gestartet, um die Grundlagen für eine umfassende Quantentechnologie mit Rechen- und Vernetzungsmöglichkeiten zu schaffen. An dem Projekt arbeiten Spitzenwissenschaftler aus den Bereichen Festkörperphysik, Quantenoptik und Quanteninformation zusammen.
ML4Q | Matter and Light for Quantum Computing
Neuroinspirierte Technologien der künstlichen Intelligenz für die Elektronik der Zukunft im Rheinischen Revier.
Partner: FZJ, RWTH Aachen, AMO, Aixtron, AMOtronics UG, aixACCT, SURFACE systems+technology GmbH
Die Quanteninformationstechnologie verspricht eine enorme Steigerung der Rechenleistung. Ein Quanteninformationsprozessor (QIP) benötigt eine sehr hohe Anzahl gekoppelter Qubits, die bei extrem niedrigen Temperaturen betrieben werden müssen. Für die Steuerung, das Auslesen und die Kopplung solcher Qubits wird auch eine Steuereinheit benötigt, die aus klassischen Schaltungen besteht. Um den Quantencomputer zu verkleinern, müssen die Steuereinheiten bei einer hohen Anzahl von Qubits in unmittelbarer Nähe zu den Qubits angeordnet sein und bei extrem niedrigen Betriebsspannungen betrieben werden, um die Verlustleistung zu minimieren. Dies ist jedoch mit der herkömmlichen CMOS-Technologie nicht möglich. In diesem Projekt soll eine CMOS-Technologie entwickelt werden, die für den Betrieb bei kryogenen Temperaturen geeignet ist und auf fortschrittlicher Siliziumtechnologie basiert.
Partner: RWTH Aachen (Prof. Joachim Knoch), FZJ (Prof. Qing-Tai Zhao).
Quantentechnologien sind Technologien, die auf der gezielten Ausnutzung von Quanteneffekten beruhen. Beispiele sind Halbleitertechnologien, Magnetresonanztomographie oder Laser. Aktuelle Entwicklungen der zweiten Generation von Quantentechnologien konzentrieren sich auf den kontrollierten Quantenzustand einzelner oder gekoppelter Systeme selbst. Dies eröffnet Möglichkeiten für neue Anwendungen in der Informationsübertragung und -verarbeitung, hochpräzise und empfindliche Mess- und Abbildungsmethoden oder die Überwindung der derzeitigen Grenzen bei der Simulation komplexer Systeme.
Das Projekt ist Teil der Technologieoffensive Hightech-Agenda Bayern der Bayerischen Staatsregierung und dient dem Ziel, die Forschungsarbeiten der beiden Standorte Julius-Maximilians-Universität Würzburg und Forschungszentrum Jülich zu Bausteinen für das Quantencomputing auf Basis topologischer Materialien zu koordinieren und auszubauen, gemeinsame Forschung mit experimentellen und theoretischen Ansätzen zu betreiben und die Nachwuchsförderung auf dem Gebiet des topologischen Quantencomputings zu unterstützen.
Supraleitende Qubits gehören derzeit zu den führenden Quanten-Hardware-Plattformen. Um den technologischen Vorsprung weiter auszubauen und supraleitende Qubits als Spitzenreiter in und nach der NISQ-Ära zu etablieren, ist es notwendig, deutlich niedrigere Fehlerraten als bisher zu erreichen. Zu diesem Zweck wird eine thermische Laserepitaxie (TLE) in Betrieb genommen. Dabei handelt es sich um ein Beschichtungsverfahren, das strukturierte Schichten verschiedenster Materialkombinationen im Vakuum ermöglicht. Damit soll eine leistungsfähigere supraleitende Quantenelektronik möglich werden.
In diesem Projekt wird ein Quantencomputer-Demonstrator mit Prozessorgenerationen unterschiedlicher Leistungsprofile (Größe, Präzision, Anwendungsbezug) auf der Basis supraleitender Schaltungen aufgebaut. Das Kernelement ist die Kombination eines Qubit-Doppelstrangs mit Resonatoren. Die Schaltungen erreichen ihre hohe Qualität durch präzise Fertigung und Analytik in Verbindung mit detaillierter Modellierung. Die Systemintegration wird von einem eng abgestimmten Software- und Firmware-Stack gesteuert. Zur Vorbereitung weiterer Skalierungsschritte wird derzeit eine Lieferkette unterstützender Technologien aufgebaut.
In diesem Verbundprojekt wird die weltweit erste Millikelvin- und UHV-Rastersondenmikroskopie-Instrumentenfamilie entwickelt, die auf adiabatischer Entmagnetisierungskühlung basiert. Diese ist als experimentelle Umgebung für das aufstrebende Forschungsgebiet der Quanten-Nanowissenschaften und Quantentechnologien vielseitig einsetzbar.
Abgeschlossene Projekte
SiGeSn-Laser für Silizium-Photonik (DFG)
Partner: RWTH Aachen, IHP Frankfurt Oder, University of Stuttgart.