Beteiligung der Universität Konstanz an drei neuen Forschungsverbünden zum Thema Quantencomputer

Bereits 2017 gelang es der Arbeitsgruppe von Guido Burkard an der Universität Konstanz in Zusammenarbeit mit der Princeton University und der University of Maryland, ein stabiles „Quantengatter“ für Silizium-Qubits zu erstellen – also ein Schaltsystem für zunächst Zwei-Qubit-Systeme, das alle Grundoperationen des Quantenrechners durchführen konnte. Ein Meilenstein, auf dem die Physiker nun aufbauen: „Unsere Aufgabe ist es nun, hochzuskalieren und eine möglichst große Zahl an Silizium-Qubits möglichst störungsfrei zusammenzuschalten“, spricht Burkard. Um dieses Ziel zu erreichen, hat er sich nun im Rahmen von drei großen Forschungsverbünden auf Ebene von Europa, von Deutschland und von Baden-Württemberg mit führenden Forschungsgruppen im Bereich der Qubit-Entwicklung zusammengetan.

Auf europaweiter Ebene: Forschungsverbund QLSI

Der Forschungsverbund QLSI („Quantum Large-Scale Integration with Silicon“) ist ein Projekt im Bereich der siliziumbasierten Quantencomputertechnologie, welches im Rahmen des „Flagschiffs“ der Europäischen Union (EU) zu den Quantentechnologien durchgeführt wird. Das Projekt bringt die Expertise von 19 Forschungseinrichtungen in Europa zusammen, die Koordination liegt beim Forschungsinstitut CEA-Leti in Grenoble (Frankreich). „Die Aufgabe von QLSI ist, vereinfacht gesagt, der Schritt vom einzelnen Silizium-Qubit zu komplexen Schaltsystemen“, sagt Guido Burkard. Der Forschungsverbund QLSI nahm im Dezember 2020 seinen Auftakt und wird für eine Laufzeit von vier Jahren mit 15 Millionen Euro gefördert.

Auf bundesweiter Ebene: Forschungsverbund QUASAR

Der Forschungsverbund QUASAR setzt sich zum Ziel, einen Halbleiter-Quantenprozessor „Made in Germany“ zu entwickeln, der auf dem sogenannten „Shutteln“ von Elektronen basiert. Die Grundlage bildet ein sogenannter Quantenbus, der es ermöglicht, einzelne Elektronen mitsamt ihrer Quanteninformation über Distanzen von bis zu zehn Mikrometern hinweg zu transportieren. Die Technik beruht auf hintereinandergeschalteten Elektroden, die die Quantenpunkte durch pulsierende Spannungen „wie auf einem Förderband“ von einem Ende zum anderen bewegen. Der Verbund QUASAR wird seitens des Forschungszentrums Jülich koordiniert und führt Forschungseinrichtungen und Industriepartner aus ganz Deutschland zusammen. Guido Burkards Arbeitsgruppe ist einer der Projektpartner: „QUASAR hat zum Ziel, auf nationaler Ebene das Forschungswissen im Bereich der Grundlagenforschung mit den Erfahrungen der Industriepartner im Bereich der Halbleitertechnologie zusammenzuführen“, so Burkard. QUASAR startete im Februar 2021 und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bis 2025 mit 7,5 Millionen Euro gefördert.

Auf Ebene des Landes Baden-Württemberg: Kompetenzzentrum Quantencomputing

Das von der Fraunhofer-Gesellschaft initiierte und vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg geförderte „Kompetenzzentrum Quantencomputing Baden-Württemberg“ stellt der Forschung und Industrie einen existierenden Quantencomputer für Entwicklungs- und Testzwecke zur Verfügung. „Im Rahmen des Kompetenzzentrums ist die Universität Konstanz an den beiden Projekten QORA und QC4BW der Fraunhofer-Gesellschaft beteiligt“, schildert Guido Burkard. Bei QORA handelt es sich um ein Quantensoftware-Projekt mit der Aufgabe der Optimierung von Algorithmen des Quantenrechnens. QC4BW verfolgt hingegen als Hardware-Projekt das Ziel, Quanteneffekte in Diamanten als mögliche Grundlage von Qubits zu erforschen. Die Arbeitsgruppe von Guido Burkard bringt hierbei ihre Expertise bei der Charakterisierung und Kontrolle von Quanteneffekten in Diamanten ein.

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