Entwicklung von Quantencomputern mit Festkörperspins (geschlossen)

Die Ausschreibung ist abgeschlossen.

Im Rahmen der Quantencomputing-Initiative des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sollen innerhalb von vier Jahren prototypische Quantencomputer unterschiedlicher Architekturen gebaut werden. Das DLR hat hierzu eine weitere Ausschreibung mit zwei Teilprojekten veröffentlicht. Im ersten Teilprojekt geht es um einen transportablen Demonstrator zu Schulungszwecken, der innerhalb eines Jahres zur Verfügung steht. Im zweiten Teilprojekt wird ein prototypischer Quantenprozessor auf Basis von Festkörperspins entwickelt und gebaut. Das System soll in mehreren Phasen auf 50 Qubits oder mehr ausgebaut werden. Das ausgeschriebene Projekt läuft über dreieinhalb Jahre.

Spins werden zu Rechenbausteinen

Das Thema Quantencomputing entwickelt sich rasant, dabei spielen vielfältige Technologieansätze in unterschiedlichen Entwicklungsstadien eine Rolle. Noch ist unklar, welche Konzepte für die spätere Anwendung am besten geeignet sind. Daher stellt sich das DLR breit auf und verfolgt mehrere Technologieansätze. Dazu gehören auch Quantencomputer auf Basis von Festkörperspins.

Einzelne Spins dienen als Qubit und können mithilfe von Lasern, Mikro- oder Radiowellen manipuliert werden. Die Spinsysteme lassen sich dabei zum Beispiel durch Fehlstellen in Kristallen, mit Quantenpunkten oder mit Strukturen in anderen Halbleitermaterialien realisieren. Um zwei Qubits in solchen Festkörpern miteinander wechselwirken zu lassen, werden die Qubits beispielsweise in einen Abstand von wenigen Nanometern voneinander gebracht. So „spürt“ ein Qubit die Spins der anderen und wird durch seine Nachbarn beeinflusst.

„Solche Qubits in Halbleitermaterialien zeigen aussichtsreiche Eigenschaften. Zudem gab es in den letzten Jahrzehnten immense Fortschritte in der Halbleiterindustrie. Die vorhandene Infrastruktur beschleunigt den Technologietransfer von der Forschung in die Anwendung“, erklärt Dr. Karla Loida, Projektleiterin in der DLR Quantencomputing Initiative. „Jedoch erfordert ein funktionstüchtiger Quantencomputer noch eine verbesserte Präzision bei der Herstellung und Positionierung der Qubits. Das soll im Rahmen dieses Projekts durch den Industriepartner erreicht werden.“

Auftragsvergabe in einem wettbewerblichen Verfahren

Das DLR bindet Unternehmen, Start-ups und andere Forschungseinrichtungen in die DLR Quantencomputing-Initiative (QCI) ein, um gemeinsam die Entwicklungsarbeiten voranzutreiben. Das DLR wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) hierfür mit Ressourcen ausgestattet und vergibt in großem Umfang Aufträge an Unternehmen in einem wettbewerblichen Verfahren. Zuletzt wurden fünf Aufträge für den Bau von prototypischen Quantencomputern auf Basis von Ionenfallen vergeben. Diese Aufträge haben ein Gesamtvolumen von 208,5 Millionen Euro.

Die aktuelle Ausschreibung ist bislang die siebte zum Quantencomputing. Das DLR stellt Räume in seinen Innovationszentren in Hamburg und Ulm bereit

Die Bewerbungen zur Teilnahme können bis zum 16.01.2023 abgegeben werden.

Schnelle Berechnungen mit Qubits

Quantencomputer sind eine Schlüsseltechnologie für die Zukunft: Sie können Berechnungen und Simulationen in bestimmten Anwendungsbereichen viel schneller durchführen als herkömmliche Supercomputer. Sie können z.B. im Transport- und Energiesektor, aber auch in der Grundlagenforschung oder zum Betrieb von Satelliten eingesetzt werden. Quantencomputer arbeiten auf der Grundlage der Quantenphysik. Ihre Quantenbits (Qubits) können gleichzeitig die Zustände 0 und 1 annehmen – nicht nur nacheinander, wie bei herkömmlichen Computern. Das wiederum macht Quantencomputer extrem leistungsfähig. Mehrere DLR-Institute arbeiten bereits mit Quantentechnologien. Auch für die Zukunft besteht beim DLR ein großer Bedarf an Forschung über und mit Quantencomputern.