Smart Systems

Fraunhofer IKTS: Zuverlässige Bauteile für Quantencomputer

2. Januar 2024. Im jüngst gestarteten Projekt VorZuQ will das Fraunhofer IKTS seine thermo-mechanischen Analytik-Verfahren in den Kryo-Temperaturbereich erweitern und so erste Anwendungen für Quantencomputing-nahe Materialien und Strukturen schaffen.

Aufbauend auf einer kommerziellen Kryo-Stage sollen stabile Temperaturverhältnisse für die Messungen an Mikrochips im Tieftemperaturbereich realisiert werden. Foto: Fraunhofer IKTS

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Elektronik·Quantencomputing

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Quantencomputer sollen das Computerwesen revolutionieren. Weltweit arbeiten Forschende daran, dass diese Superrechner zukünftig Probleme lösen, an denen selbst die größten Rechner bisher scheitern.

Niedrige Betriebstemperaturen

Das Problem: Die meisten Quantencomputer-Ansätze arbeiten auf Grundlage von Qubits, die auf wenige Milli-Kelvin (circa -273 Grad Celsius) heruntergekühlt werden müssen, um sie zu nutzen. Dies ist nicht nur aufwendig, es stellt auch spezielle Anforderungen an die zur Steuerung der Qubits eingesetzten Mikrochips. Deren Zuverlässigkeit im Kryo-Temperaturbereich zu untersuchen, hat sich das Fraunhofer IKTS im Projekt „Vorentwicklung zur präzisen Zuverlässigkeitsuntersuchung für Materialien und Systeme der Quantentechnologie (VorZuQ)“ zur Aufgabe gemacht.

Thermo-mechanische Zuverlässigkeitsuntersuchungen im Kryobereich

Dabei stehen thermo-mechanische Spannungen im Fokus, die durch die großen Temperaturunterschiede bei Herstellung und Betrieb entstehen und die Halbleiter-Bauelemente beschädigen können. Um diese Schädigungen zu charakterisieren, sollen Aufbauten realisiert werden, die die benötigten tiefen Temperaturen während der Untersuchung stabil halten.

Am Fraunhofer IKTS werden dafür eine Vakuum-Kammer und ein Raster-Elektronenmikroskop (REM) so angepasst, dass sich mithilfe einer sogenannten Kryo-Stage (Halter, in dem die Probe mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird) Schädigungsszenarien experimentell ermitteln lassen.

Mit den in VorZuQ erarbeiteten technischen Aufbauten und Workflows wird in Zukunft eine Beurteilung der thermo-mechanischen Spannungen in mikroelektronischen Bauelementen im Kryo-Temperaturbereich möglich sein und damit der Weg für eine höhere Zuverlässigkeit von Quantencomputern bereitet.

Projekt VorZuQ

Das Projekt „Vorentwicklung zur präzisen Zuverlässigkeitsuntersuchung für Materialien und Systeme der Quantentechnologie (VorZuQ)“ wird im „Forschungsprogramm Quantensysteme“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 477.000 Euro gefördert und hat eine Laufzeit von drei Jahren.

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