AMO GmbH, QUDORA Technologies GmbH und das Fraunhofer IAF haben sich zusammengeschlossen, um die Vielzahl einzelner optischer Komponenten, die derzeit in Ionenfallen-Quantencomputern zum Einsatz kommen, durch eine kompakte On-Chip-Lösung zu ersetzen. Damit sollen deutlich skalierbarere Architekturen ermöglicht werden. Dieses ambitionierte Forschungsziel wird im Rahmen des Projekts SmaraQ vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert.

Quantencomputer funktionieren grundlegend anders als klassische Computer. Sie nutzen quantenmechanische Effekte, um bei bestimmten Problemtypen erhebliche Rechenvorteile zu erzielen. Einer der vielversprechendsten Ansätze für das Quantencomputing basiert heute auf Ionenfallen, die besonders lange Kohärenzzeiten und eine hochpräzise Qubit-Steuerung bieten – zwei wichtige Qualitätsmerkmale in diesem Bereich. Allerdings stellt die große Anzahl sperriger optischer Komponenten und Freiraumlaser, die in aktuellen Ionenfallenarchitekturen verwendet werden, eine erhebliche Herausforderung für die Skalierung von Systemen und die Entwicklung vollwertiger Quantencomputer dar.

Das SmaraQ-Projekt begegnet dieser Herausforderung durch die Entwicklung von UV-Wellenleitern und photonischen Komponenten auf Basis von Aluminiumnitrid (AlN) und Aluminiumoxid (Al2O3), die direkt in Ionenfallen-Chips integriert werden können. „Die Chip-Integration ist der Weg in die Zukunft für das Quantencomputing mit Ionenfallen“, erklärt Dr. Maik Scheller, Leiter Photonik bei der QUDORA GmbH und Koordinator des SmaraQ-Projekts. „Wir entwickeln Wellenleiterstrukturen im Nanometerbereich – etwa zehntausendmal dünner als ein menschliches Haar –, die das Licht genau dorthin leiten, wo es für Quantenoperationen benötigt wird.“

Das Projekt vereint komplementäre Fachkompetenzen: QUDORA Technologies fungiert als Koordinator und Systemintegrator und ist dafür verantwortlich, die Technologie über den Projektzeitraum hinaus zur Marktreife zu bringen. Das Fraunhofer IAF führt Materialforschung durch und produziert epitaktische AlN-Dünnschichten in weltweit führender Qualität. Die AMO GmbH nutzt modernste Fertigungskapazitäten im Bereich der Nanotechnologie, um die photonischen Komponenten auf den Chips zu entwickeln. Diese Zusammenarbeit gewährleistet eine widerstandsfähige und unabhängige Lieferkette für diese Basistechnologien mit Sitz in Deutschland.

SmaraQs Arbeit steht im Einklang mit der Förderinitiative des BMFTR für Basistechnologien in der Quantenforschung, die darauf abzielt, die technologische Souveränität in kritischen Lieferketten der Quantentechnologie zu stärken und gleichzeitig die Position Deutschlands und Europas im Bereich Quantencomputing und Quantensensorik zu festigen.

Über SmaraQ
SmaraQ (Integrierte Photonik mit Aluminiumnitrid und -oxid für ionenfallebasiertes Quantencomputing) ist ein vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördertes Forschungsprojekt, das von 2025 bis 2028 läuft. Das Projekt vereint Fachwissen aus den Bereichen Materialwissenschaften, Photonik und Quantencomputing, um integrierte optische Komponenten im Nanometerbereich zu entwickeln. Die Arbeit zeigt, wie grundlegende Technologien die Entwicklung des Quantencomputings beschleunigen und gleichzeitig die technologische Souveränität Deutschlands und Europas in kritischen Lieferketten stärken können.

Mehr Info: https://www.quantensysteme.info/projektatlas/projekte/q/smaraq