Quantencomputer erfordern einen enormen Aufwand an Steuerung und Schnittstellen, um zu funktionieren. Bei Quantencomputern basierend auf Qubits, die in einem Kryostaten nahe dem absoluten Nullpunkt betrieben werden, ist die Anzahl der möglichen Signalleitungen, die von den Steuergeräten in die Kryostaten geführt werden können, jedoch limitiert. Dies bedingt sich durch den begrenzten Raum, die durch die Drähte transportierte Wärme und die durch die nötige Signalintegrität begrenzte Länge der vorhandenen Drähte. „Die Leistungsanforderungen an elektronische Geräte und Schaltungen bei kryogenen Temperaturen sind ganz anders als bei Raumtemperatur. Insbesondere bei sehr empfindlichen Anwendungen wie Quantenprozessoren müssen alle Aspekte der mikroelektronischen Technologien optimiert werden“, sagt Alexander Grill, wissenschaftlicher Leiter von Arctic (Advanced Cryogenic Technologies for Innovative Computing) am belgischen Forschungszentrum IMEC. Um die Hindernisse zu überwinden, kommen im Projekt 36 Partner zusammen, um eine vollständige europäische Lieferkette für kryogene Photonik, Mikroelektronik und Kryo-Mikrosysteme rund um die Quantencomputing-Industrie und kryogestützte IKT-Anwendungen aufzubauen. Die Fraunhofer-Gesellschaft ist mit seinen Instituten für Photonische Mikrosysteme IPMS und für Angewandte Festkörperphysik IAF am Projekt beteiligt. Der Schwerpunkt ihrer Arbeit im Projekt liegt auf der Charakterisierung von Bauelementen in kryogenen Umgebungen und auf Wafern in Industriegröße für kryogene Quantencomputer-Prozessoren, sowie auf der Analyse des elektrischen Verhaltens von Transistoren und Speicherbauelementen bei untypisch tiefen Temperaturen. Das Center Nanoelectronic Technologies (CNT) am Fraunhofer IPMS beschäftigt sich mit der Charakterisierung und Modellierung von bipolaren und CMOS-Transistoren sowie Speicherelementen bei kryogenen Temperaturen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Hochfrequenz-, Rausch- und Defektcharakterisierung und Modellierung kommerzieller Transistoren innerhalb der 22FDX FDSOI-Technologie sowie der Entwicklung optimierter nichtflüchtiger ferroelektrischer Speicher.
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