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Zürich/Klagenfurt/Innsbruck (universität) - Infineon Austria forscht gemeinsam mit der Universität
Innsbruck, der ETH Zürich und Interactive Fully Electrical Vehicles SRL an konkreten Fragestellungen zum kommerziellen
Einsatz von Quantencomputern. Mit neuen Innovationen im Design und in der Fertigung wollen die Partner aus Hochschulen
und Industrie leistbare Bauelemente für Quantencomputer entwickeln.
Ionenfallen haben sich als sehr erfolgreiche Technologie für die Kontrolle und Manipulation von Quantenteilchen
erwiesen. Sie bilden heute das Herzstück der ersten funktionsfähigen Quantencomputer und gelten neben
supraleitenden Quantenbits als vielversprechendste Technologie für den Bau von kommerziellen Quantencomputern.
In der von der EU im Rahmen des Horizon-2020-Projekts PIEDMONS geförderten Zusammenarbeit zwischen Infineon
Technologies Austria und den Forschungspartnern Universität Innsbruck, ETH Zürich und der Interactive
Fully Electrical Vehicles SRL aus Italien loten Ingenieure und Forscher seit dem Vorjahr gemeinsam aus, wie Ionenfallen
mittels Halbleiter-Fertigungstechnologien gebaut werden können und welche Quantenchip-Architekturen besonders
von der erhöhten Präzision und Skalierbarkeit moderner Halbleiterfertigung profitieren. Darüber
hinaus wollen die Forschungspartner erkunden, ob dank neuartiger Fallengeometrie Ionenfallen auch bei Raumtemperatur
betrieben werden können. Die Forscher zielen auf die Herstellung robusterer Quantensysteme und die Miniaturisierung
des Gesamtsystems mittels on-chip Integration der nötigen Elektronik. On-chip bedeutet, dass die neu entwickelte
Elektronik direkt neben dem Quantensystem eingebaut wird – im Labor nehmen sie derzeit noch viel Platz neben dem
Versuchsaufbau ein. Die Vision lautet: Quantencomputer sollen erstmals portabel werden.
Junge Forscherin mit visionärer Doktorarbeit
Silke Auchter (26) forscht in ihrer Doktorarbeit an Ionenfallen. Diese Ionenfallen sollen mittels Halbleiter-Fertigungstechnologien
weiterentwickelt werden. So können die Fallen sehr einheitlich und präzise produziert und leichter mit
miniaturisierter Elektronik und Optik verbunden werden. Auch lassen sich auf diese Weise komplexere und umfangreichere
Fallenkonzepte umsetzen, die robust gegenüber äußeren Störeinflüssen sind. Ionen bilden
die Grundlage für Quantenbits, die quantenmechanischen Pendants zu den Bits in herkömmlichen Rechnern.
Forscher fangen Ionen im Labor in einem elektromagnetischen Feld, dessen genaue Form durch den Aufbau der Ionenfalle
bestimmt wird. Mikrofabrizierte Fallen hatten die Ionen bisher nicht optimal im Griff. Wenn es gelingt, diese Quantenchips
so zu konstruieren, dass die Ionen darin stabiler gefangen bleiben, hilft das den Quantenforschern in Innsbruck
und Zürich bei ihrem Bestreben nach größeren Quantenregistern und komplexeren Quantenalgorithmen.
Außerdem sind robuste Quantenzustände eine Voraussetzung für den Einsatz außerhalb von
Laborbedingungen, also bei Raumtemperatur und letztendlich sogar mobil. Mit den ersten Quantenchip-Prototypen,
entwickelt in der MEMS-Abteilung in Villach, werden derzeit bereits Experimente von Silke Auchter durchgeführt.
Sie ist Doktorandin bei Infineon und wird an ihrer Stammuniversität, der Universität Innsbruck am Institut
für Experimentalphysik von Rainer Blatt, einem international renommierten Quantenphysiker, betreut. Ziel ihrer
Forschungsarbeit ist die Herstellung einer mikrofabrizierten Ionenfalle, in der die Ionen stabil bei Raumtemperatur
gefangen sind. Derzeit müssen die Prototypen von Quantencomputern noch sehr stark gekühlt werden, was
ein großes Hindernis für die industrielle Produktion von Quantencomputern darstellt. In ihren Experimenten
versucht Silke Auchter daher Ionen so optimal zu fangen, dass Quantenchips auch bei Raumtemperatur funktionieren
und noch komplexere Chiparchitekturen gebaut werden können.
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