Die Quanteninformatik hat sich zu einem hoch strategischen Gebiet mit stark steigender wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Bedeutung entwickelt. Die Anwendungen reichen von Durchbrüchen in der Arzneimittelforschung und der Materialwissenschaft bis hin zu extrem sicherer Kommunikation und Navigationssystemen der nächsten Generation. Zwischen der aktuellen Quantenforschung und der Herstellung von Quantenprozessoren, die bedeutende Quantenanwendungen ermöglichen, klafft jedoch noch eine Lücke. Die Skalierung der Anzahl stabiler Qubits (auf bis zu einer Milliarde) ist der Schlüssel zum Bau zuverlässiger und fehlertoleranter Quantencomputer.
In Anbetracht der technologischen Komplexität, die unter anderem einen kryogenen Betrieb, hochpräzise Steuerelektronik und hochspezialisierte Herstellungsprozesse umfasst, und angesichts der strategischen Bedeutung von Quantenchips wurden im Rahmen des EU-Chip Acts sechs komplementäre Quanten-Pilotlinien eingerichtet, die sich jeweils auf eine bestimmte Hardware-Plattform konzentrieren und gemeinsam die Quantentechnologien in den Bereichen Quantencomputer, Kommunikation und Sensorik voranbringen. Innerhalb dieses Portfolios ist SPINS die Pilotlinie, die sich mit halbleiterbasierten Spin-Qubits befasst und deren Hauptaugenmerk auf der Entwicklung von Quantenchips für Quantencomputeranwendungen liegt. Imec koordiniert diese neue Pilotlinie und leitet ein europäisches Konsortium von 25 Partnern aus Forschungseinrichtungen wie Fraunhofer, VTT und CEA-Leti, aus der Industrie (sowohl Großunternehmen wie Infineon und Siltronic als auch KMU und Start-ups) und aus akademischen Gruppen (wie der TU Delft und der Universität Jyväskylä), die ihr Wissen und ihre Fähigkeiten gemeinsam einbringen, mit dem Ziel, den strategischen Rahmen des EU-Chipgesetzes in konkrete Maßnahmen umzusetzen.
Erste SPINS-Projekte: Prozess und Design für stabile Spin‑Qubits
Zu den ersten Projekten des SPINS-Konsortiums gehören Prozess- und Designoptimierung, um eine robuste Grundlage für skalierbare, stabile und leistungsstarke Spin-Qubits auf drei verschiedenen Technologieplattformen zu schaffen: Si/SiGe Ge/GeSi und SOI. SPINS zielt darauf ab, diese Technologie über Multi-Project-Wafer (MPW) und standardisierte Quanten-Prozessdesign-Kits (PDKs) vom Labor in die Produktion zu überführen, um die Eintrittsbarrieren für Start-ups und KMUs in der halbleitenden Quantentechnologie zu senken und die Grundlage für europäische Unternehmen zu schaffen, frühzeitig Quanten-Know-how aufzubauen.
Kristiaan De Greve, Koordinator SPINS, sagte: „Die Skalierung von Qubits erfordert angesichts der extremen Empfindlichkeit von Qubits gegenüber Störungen aus der Umgebung ein extrem kontrollierbares Umfeld und eine solide Fertigungsverarbeitung. Diese Herausforderungen erfordern sowohl die Genauigkeit und Kontrolle, die nur in einer Halbleiter-Reinrauminfrastruktur gegeben ist, als auch die Forschungs- und Innovationsmentalität, um eine solche Umgebung an diese empfindlichen Qubits anzupassen. Bei Imec gehen wir seit über 40 Jahren kreativ mit komplexen Problemen der modernen Halbleiterfertigung um. Indem wir die Expertise unserer europäischen Konsortialpartner in dieser Quanten-Pilotlinie bündeln, werden wir die Entwicklung von High-TRL-Halbleiter-Qubits beschleunigen und damit Quantensysteme in größerem Maßstab made in Europe ermöglichen.“
Neben der Pilotlinie für die Halbleitertechnologie gibt es weitere europäische Quantenforschungsprojekte, darunter die Pilotlinie für Photonik für Quanten „P4Q“ (koordiniert von der Universität Twente, NL), an der auch das Imec beteiligt ist, Ionenfallen-Qubits „CHAMP-ION“ (koordiniert von SAL, AT), supraleitende Qubits „SUPREME“ (koordiniert von VTT, FI), Diamant-Quantenchips „DIREQT“ (koordiniert von CNR, IT) und neutrale Atome „Q PLANET“ (koordiniert von Pasqal, FR).
