Am 24. Juni 2025 fand an der Technischen Universität Ilmenau ein bedeutender Workshop statt, der sich mit dem Thema supraleitende Mikroelektronik beschäftigte. Der Workshop, geleitet von Prof. Hannes Töpfer, Dekan der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, thematisierte supraleitende Sensoren, Schaltungen, Designansätze sowie die Herausforderungen und Anforderungen für digitales Quantencomputing und neuromorphe Schaltkreise. Sein Ziel war, internationale Forschungsanstrengungen zu bündeln und ein Ökosystem von der Grundlagenforschung bis zur Chipfabrikation zu schaffen.
Diese Veranstaltung hob die immense Bedeutung supraleitender Technologien für die zukünftige Energieeffizienz und Rechenleistung hervor. Hochkarätige Experten, darunter Nobuyuki Yoshikawa von der Yokohama National University, Scott Holmes, der an der International Roadmap for Devices and Systems (IRDS) beteiligt ist, und Jie Ren vom Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, diskutierten die Relevanz dieser Technologien für nachhaltige Informationstechnologien. Der Workshop eröffnete mit einem Vortrag von Oleg Mukhanov, einem Pionier der supraleitenden Schaltkreise, der 1987 den ersten experimentellen Nachweis für supraleitende Digitalschaltungen erbrachte.
Schwerpunkt auf Quantencomputing
Ein zentrales Thema des Workshops war die Entwicklung von Quantencomputern auf Basis von Supraleitern. Dieses Gebiet gewinnt zunehmend an Bedeutung, was vor allem durch das Projekt OpenSuperQplus100 verdeutlicht wird. Dabei handelt es sich um eine Initiative zur Entwicklung von Systemen und Technologien für Quantencomputer, die auf supraleitenden Elementen basieren. Das Projekt ist Teil der strategischen Forschungsagenda der EU für Quantentechnologie und hat das Ziel, integrierte Demonstratoren für Forschungs- und Anwendungszwecke bereitzustellen.
Ein wichtiger Aspekt dieses Projekts ist die Herstellung von mindestens 100 hochqualitativen Qubits in einem der Demonstratoren. Dies umfasst die Entwicklung einer Entwurfs- und Herstellungsplattform für hochwertige Quantenchips sowie deren Integration in Multi-Chip-Module. Der Beitrag des Fraunhofer EMFT ist dabei entscheidend, insbesondere durch neue Prozesse zur Herstellung von Qubit-Chips. Hierbei wird angestrebt, Chips im industriellen Maßstab zu produzieren und die Herstellungsprozesse für 200-mm-Wafer in Reinraumanlagen zu definieren.
Die Rolle der Quantensoftware
Ein weiterer bedeutender Aspekt ist die Forschung im Bereich der Quantensoftware. Jeanette Lorenz und ihr Team arbeiten daran, Algorithmen an die Hardware-Fehler von Qubits anzupassen. Das Projekt QUAST zielt darauf ab, Quantencomputing für Unternehmen zugänglich zu machen und sich auf industrielle Optimierungsprobleme zu konzentrieren. Eine zentrale Herausforderung für Lorenz und ihre Kollegen besteht darin, den richtigen Algorithmus für die jeweilige Hardware auszuwählen und gleichzeitig industrielle Probleme in Quantencomputer implementierbar zu machen.
Der von ihnen entwickelte Software-Stack ermöglicht eine geschichtete Struktur aller Komponenten für die Entwicklung und den Betrieb von Quantencomputern. Unterschiedliche Hardware hat dabei spezifische Vor- und Nachteile für verschiedene Anwendungen. So sind Ionenfallen langsamer, bieten jedoch höhere Genauigkeit und eignen sich besonders für Molekülsimulationen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Technologien auf Basis supraleitender Mikroelektronik und Quantencomputing enorme Potenziale für die Zukunft bergen. Die Entwicklungen in beiden Bereichen könnten wesentliche Fortschritte in der Energieeffizienz und Rechenleistung sowohl in der Forschung als auch in der Industrie ermöglichen.
