Skalierbare Hardware für Ionenfallen-Quantencomputer

Infineon Technologies AG und ZuriQ AG haben ihre technische Partnerschaft ausgebaut, um skalierbare Quantencomputer-Hardware für Hochleistungsrechenanwendungen in den Materialwissenschaften, der Logistik und der künstlichen Intelligenz zu entwickeln.

Industrielle Herausforderung und strategische Kooperation
Die Skalierung von Quantenprozessoren erfordert eine präzise Einzelsteuerung einer wachsenden Anzahl physikalischer Qubits, ohne dabei die Kohärenzzeiten zu beeinträchtigen. Konventionelle Ionenfallen-Systeme basieren auf eindimensionalen Ionenketten, die an physikalische Skalierungsgrenzen stoßen und komplexe Kreuzungsnetzwerke zur Weiterleitung der Ionen erfordern.

Um diese Architekturgrenzen zu überwinden, sind sowohl spezialisiertes Design für Quantenbauelemente als auch hochpräzise Halbleiterfertigungsprozesse mit hoher Ausbeute erforderlich. Die Zusammenarbeit bündelt ZuriQs Kompetenzen im Design von Ionenfallen mit Infineons etablierten Reinraumprozessen, hochentwickelten Aufbau- und Verbindungstechniken sowie Fertigungsinfrastrukturen für integrierte Photonik.

Technische Lösung und Aufgabenteilung
Die technische Plattform basiert auf einer nativ zweidimensionalen Penning-Mikrofallen-Architektur. Im Gegensatz zu linearen Hochfrequenzfallen kombiniert diese Konfiguration statische elektrische und magnetische Felder, um Ionen auf einer planaren Oberfläche einzuschließen und zu bewegen. Der Verzicht auf Kreuzungsstrukturen reduziert die physikalische Komplexität und ermöglicht die direkte Skalierung auf größere zweidimensionale Qubit-Arrays.

ZuriQ verantwortet das Design der Quanten-Mikrofalle, die Feldgeometrien sowie die Ionensteuerungsverfahren. Infineon übernimmt die halbleitertechnische Prozessentwicklung, integriert Photonik direkt in das Substrat zur optischen Ionenmanipulation und setzt fortschrittliche Aufbau- und Verbindungstechniken um, um Ultrahochvakuum- und rauscharme Betriebsbedingungen zu gewährleisten.

Demonstrierte Umsetzung und Skalierungsschritte
Frühere Validierungsarbeiten bestätigten die Machbarkeit der gemeinsamen Architektur durch das Fangen und unabhängige Steuern einer 3x3-Matrix aus neun Ionen. Dies stellt die bislang größte zweidimensionale Anordnung dieser Fallenkonfiguration dar.

Die zweite Phase konzentriert sich auf die Skalierung der Plattform auf höhere Qubit-Zahlen durch Optimierung fotolithografischer Toleranzen, Reduktion des Elektrodenoberflächenrauschens und direkte Integration optischer Zuleitungskanäle auf dem Chip. Diese Fertigungsverbesserungen sichern eine reproduzierbare Herstellung für fehlertolerante Quantenrechnersysteme.

Technische Einschätzungen
"Advancing quantum computing toward commercial impact will require close collaboration between quantum innovators and industrial technology leaders", erklärte Pavel Hrmo, Mitgründer und CEO von ZuriQ. "Through our collaboration with Infineon, which possesses a deep understanding of process development and semiconductor technologies, we are turning ZuriQ’s technological progress into scalable, manufacturable quantum hardware."

"Progress in quantum computing requires breakthroughs in physics, but also robust manufacturing technologies capable of supporting the development of future large-scale systems", erklärte Clemens Rössler, Senior Director und Leiter für Quantenprozessoren bei Infineon. "With our expertise in semiconductor manufacturing, integration and advanced packaging, we are enabling the next generation of trapped-ion quantum processing units."

Betriebliche Auswirkungen
Die zweidimensionale Mikrofallen-Struktur bietet einen direkten physikalischen Weg zu hochdichten Quantenprozessoren. Die Industrialisierung dieses Prozesses über Standard-Halbleiterfertigungsabläufe stabilisiert die Bauteilausbeute, verbessert die thermische Verlustleistung und ermöglicht das für kommerzielle Quantencomputer-Hardware erforderliche optische Routing.

Herausgegeben von Evgeny Churilov, Induportals Media – Adaptiert durch KI.

www.infineon.com