Quantencomputing bei Fraunhofer

Aktuelle Projekte zu Quantencomputing im Überblick

SEQUENCE: EU-Projekt will Quantencomputing-Technologien skalierbar machen

Im europäischen Forschungsprojekt SEQUENCE nutzen neun Partner, darunter das Fraunhofer IAF, neuartige Ansätze, um Elektronik für Tieftemperaturanwendungen zu entwickeln. Dabei entsteht innovative kryogene 3D-Nanoelektronik, die zur Verbesserung entscheidender Schlüsseltechnologien für Quantencomputer sowie satellitengestützter und terrestrischer Kommunikationssysteme beitragen wird. Das Fraunhofer IAF steuert seine langjährige Erfahrung in Technologieentwicklung, Schaltungsdesign und Tieftemperatur-Messtechnik für ultra-rauscharme Hochfrequenzelektronik bei.

 

PlanQK – Plattform und Ökosystem für Quantenunterstützte Künstliche Intelligenz

PlanQK ist Plattform und Ökosystem für Quantenunterstützte Künstliche Intelligenz. Nutzer sollen dabei auf einen Quanten-AppStore zugreifen können, Entwickler auf einfache Weise Quantum-Plattformen nutzen und Spezialisten Konzepte bereitstellen, die Quantum Computing einfach zugänglich machen.

Das Projekt QFC-4-1QID: Quantenbits ins Glasfasernetz bringen

Quanteninformationen mit Glasfasern über weite Entfernungen übertragen und damit dem Quanteninternet den Weg bereiten: Mit diesem Ziel starteten das niederländische Forschungszentrum QuTech und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT am 1. September 2019 das ICON-Projekt QFC-4-1QID. In dieser langfristig angelegten, strategischen Partnerschaft der Forschungsinstitutionen entwickeln die Wissenschaftler Quanten-Frequenzkonverter für die Anbindung von Quantenprozessoren an Glasfasernetze. Eingesetzt wird die neue Technologie 2022 beim weltweit ersten Quanteninternet-Demonstrator.  

EnerQuant: Quantencomputing für die Energiewirtschaft

Im BMWi-geförderten Projekt entwickeln wir Algorithmen für Qubit-basierte Quantencomputer und Quantensimulatoren zur Lösung eines energiewirtschaftlichen Fundamentalmodells mit stochastischen Einflussgrößen. Als Basis des Projektes definieren wir ein einfaches Fundamentalmodell, welches wir in ein quantenmechanisches Problem übersetzen und welches sich effizient auf einem Quantensimulator lösen lässt.

IQuAn: Ionen-Quantenprozessor mit HPC-Anbindung

Gefangene Ionen besitzen eine Anzahl von Vorteilen gegenüber anderen physikalischen Realisierungen. Insbesondere die langen Kohärenzzeiten gefangener Ionen liefern die Basis für eine entsprechend lange Operationszeit zur Ausführung von Quantenalgorithmen. Im IQuAn-Verbund (u.a. Fraunhofer IOF) wird ein neuer, skalierbarer Ansatz mit hoher Qubit-Konnektivität verfolgt: Individuelle optische Adressierung in kleinen Registern wird kombiniert mit der Kopplung und der dynamischen Konfiguration mehrerer Register durch Bewegen und Umgruppieren der Ionen.

 

AQTION: Fraunhofer IOF liefert laseroptischen Aufbau für deutschen Quantencomputer

Mit dem Ziel, anwendungsnahe Forschung im Bereich Quantencomputer in der Europäischen Union vorantreiben, wurde 2018 der Verbund »Advanced quantum computing with trapped ions« (kurz: AQTION) ins Leben gerufen. Das Vorhaben ist Teil des Quanten-Flaggschiff-Programms der EU. Gegenstand des Projekts ist die Realisierung eines skalierbaren Quantencomputers auf Ionenbasis. Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IOF entwickelten die innovative Optik und Lasertechnik für den 19 Zoll großen Quantenrechner.

SEQUOIA: Software-Engineering industrieller, hybrider Quantenanwendungen und -algorithmen

Ausgehend von Anwendungsfällen und Anwenderbedarfen werden am Fraunhofer IAO neue Methoden, Werkzeuge und Algorithmen entwickelt. Dazu gehören  Quantenalgorithmen sowie Technologien für den Entwicklungsprozess bis hin zur Ausführung von Quantenschaltkreisen. Dies beinhaltet auch Verfahren für die Fehlermitigation sowie standardisierte Schnittstellen. Diese Technologien werden in hybriden Lösungen angewendet, die Quantenalgorithmen mit klassischen Lösungselementen kombinieren. 

QUASAR: Halbleiter-Quantenprozessor mit shuttlingbasierter skalierbarer Architektur

In diesem Projekt soll eine Architektur für Quantencomputer ohne geometrische Skalierungsgrenzen mit in Deutschland industriell verfügbarer Halbleitertechnologie realisiert werden. Das Fraunhofer IPMS beteiligt sich durch die Nutzung adaptierter Prozesse aus der CMOS-Fertigung. Über mehrere Iterationsstufen und unter Betrachtung fabrikationstechnischer Möglichkeiten sollen optimierte Bauelementstrukturen mit möglichst hoher Homogenität auf Substratebene zur Verfügung gestellt werden.

QLSI: Quantum Large-Scale Integration with Silicon

Das Projekts QLSI setzt sich zum Ziel, eine skalierbare Technologie für Silizium-Qubits für Quantencomputer zu entwickeln. Silizium-Qubits lassen sich schnell ansteuern und auslesen und sind aufgrund ihrer kleinen Größe, ihrer hohen Güte und ihrer Kompatibilität mit industriellen Herstellungsprozessen ideal geeignet für das Quantencomputing. Silizium-Qubits wurden schon vielfach erfolgreich demonstriert; im Projekt geht es nun darum, eine skalierbare Technologie für eine spätere industrielle Umsetzung zu entwickeln und einen 16-Qubit-Chip zu demonstrieren.

HalQ - Halbleiterbasiertes Quantencomputing

Das Projekt HALQ entwickelt eine übergreifende Plattform zur Evaluation und Integration von Qubit-Konzepten in ein Gesamtsystem, um die beteiligten Fraunhofer-Institute für die Roadmap der Bundesregierung zur Entwicklung eines Quantencomputers „Made in Germany“ zu befähigen. Insbesondere sollen die Stärken der Mikroelektronik zur Realisierung von höchstskalierbaren Quantencomputern betrachtet und entsprechende notwendige Technologien weiterentwickelt werden.

MATQu: Materials for Quantum Computing

Mit dem Ziel, eine vollständige europäische Wertschöpfungskette für die Herstellung von supraleitenden Josephson-Kontakten als vielversprechende Qubit Kandidaten für Quantencomputer zu schaffen, startete im Juni 2021 das Projekt Materials for Quantum Computing (MATQu). In den Bereichen Substrattechnologie, Prozesstechnologie und Werkzeuge bringt das MATQu-Projekt wichtige europäische Akteure auf diesem Gebiet zusammen, darunter vier große RTOs. Die Geschäftsstelle der FMD übernimmt gemeinsam mit dem Fraunhofer IAF die Leitung des durch das EU Rahmenprogramm Horizon 2020 geförderte Projektes. Darüber hinaus ist das Fraunhofer IPMS Projektpartner im MATQu-Team.