Quantensprung in der Technologie - Wir gestalten Zukunft

Quantentechnologien läuten eine neue Ära in Wissenschaft und Technik ein, und das Fraunhofer ENAS spielt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung entsprechender Fertigungstechnologien.

Technologien, die auf den Prinzipien der Quantenphysik basieren, sind der Schlüssel zu bahnbrechenden Innovationen in den Bereichen Sensorik, Computertechnologie und Kommunikation. Sie ermöglichen die Entwicklung von Sensoren mit einer deutlich verbesserten Performance, leisten durch parallele Informationsverarbeitung ein Vielfaches an Rechenleistung und schaffen abhörsichere Kommunikationskanäle.

Durch Quantentechnologien wird die Entwicklung von Sensoren mit höherer Präzision und Empfindlichkeit ermöglicht. Dies erlaubt beispielsweise die Erfassung von Magnetfeldern oder Gravitationsfeldern in bisher ungeahnter Genauigkeit.

Ebenso versprechen Quantentechnologien große Vorteile im Computersektor. Durch den Einsatz von Quantenchips als zusätzlichen Rechenkern können Quantencomputer eine Vielzahl von Aufgaben gleichzeitig lösen und somit enorme Rechenleistungen erbringen.

Ein weiterer bedeutender Aspekt von Quantentechnologien liegt in der Schaffung abhörsicherer Kommunikationskanäle. Durch die Nutzung von Quanteneffekten, wie zum Beispiel verschränkten Photonen, können Kommunikationskanäle geschaffen werden, die sicher vor Abhörversuchen sind.

Seit mehr als 20 Jahren werden Quanteneffekte in den Forschungslaboren untersucht. Nun ist die Zeit gekommen, diese Erkenntnisse durch geeignete Mikro- und Nanotechnologien sowie Materialentwicklungen in die technische Realität umzusetzen. Erste Produkte, wie hochempfindliche Sensoren, sind bereits auf dem Markt erhältlich. Auch Quantencomputer mit einer geringen Anzahl von Qubits, welche die kleinste Rechen- und Informationseinheit eines Quantencomputers darstellen, werden bereits kommerziell genutzt. Ein internationaler Wettlauf um die Vorherrschaft in diesem zukunftsweisenden Bereich hat begonnen.

Mikro- und Nanotechnologien, Kernkompetenzen des Fraunhofer ENAS, sind der Schlüssel zur Skalierung, Serienherstellung und zur Realisierung von Quantentechnologien. In diesem Feld bieten wir folgende Technologien und Fachkompetenz an:

• Technologien zur Wafer-Bearbeitung mit speziellen Abscheide- und Strukturierungsverfahren, die den Anforderungen der Quantentechnologien entsprechen, z. B. nanostrukturierte Crossbar-Arrays
• Packaging-Technologien für die Realisierung komplexer und hochintegrierter Quantenchips, z. B. Ionenfallen
• Integration von Aspekten der thermomechanischen Zuverlässigkeit unter Kryo-Bedingungen bis zu einer Temperatur von wenigen Millikelvin (mK)
• Herstellung und Einsatz von mikro- und nanostrukturierten Optik-Komponenten, z. B. Metalinsen und Photonic Integrated Circuits

Das Fraunhofer ENAS bietet Fachleuten, Doktoranden und interessierten Studierenden spannende Betätigungsfelder mit langfristiger Perspektive. Bei uns können Sie ihre Expertise einbringen und an der Zukunft der Quantentechnologien mitarbeiten. Als Teil der »Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland – Module Quanten- und neuromorphes Computing (FMD-QNC)« ermöglichen wir Ihnen darüber hinaus nationalen und internationalen Austausch mit ausgewiesenen Fachexperten.

Die FMD-QNC bündelt die Expertise mehrerer Einrichtungen, um Forschung und Entwicklung im Bereich Quanten- und neuromorphes Computing voranzutreiben. Das übergeordnete Ziel besteht darin, Unternehmen und Forschungseinrichtungen beim Design, der technologischen Umsetzung, dem Testen und der Entwicklung von Quantencomputern und neuromorphen Computern zu unterstützen.

In diesem Rahmen konzentriert sich die Arbeit des Fraunhofer ENAS auf folgende Schwerpunkte:

• Skalierung der Qubit-Anzahl
• Skalierung der Fertigungskapazität durch Herstellung mit etablierten Wafertechnologien (Herstellung von Quantenchips, Ionenfallen-basierte Quantenchips, Quantenchips unter der Nutzung von Farbzentren)
• Einsatz von lumineszierenden Quantendots
• Photonic Integrated Circuits (PICs)
• Metalinsen und Metaflächen für die integrierbare Mikrooptik
• Quantentechnologien für die Sensorik

Damit trägt unser Institut aktiv zur Entwicklung der zukünftigen Hardware-Basis für innovative Rechentechnologien bei.

Im folgenden Videointerview gewähren unsere Experten, Dr. Steffen Kurth (Technical Lead, Fraunhofer ENAS) und Dr. Thomas Knieling (Fraunhofer ISIT und Fraunhofer IMS), Einblicke in die Chancen, Herausforderungen und die enormen Potenziale, die sich aus den Leistungssteigerungen neuer Computing-Generationen ergeben können.