ARCTIC - Scalable cryogenic control technology for quantum processors

Quantencomputer gelten derzeit als die aussichtsreichsten Kandidaten für die effiziente Lösung von Problemen, die für klassische Computer in vernünftigen Zeiträumen völlig unerreichbar sind. Während die Forschung zu Qubits bereits seit langem etabliert ist, ist die Entwicklung der Ansteuerung für skalierbare Systeme mindestens ebenso wichtig, steckt aber noch in den Kinderschuhen.

Das Projekt ARCTIC bringt 36 Partner aus Industrie, Wissenschaft und führenden Forschungseinrichtungen zusammen, um eine vollständige und umfassende europäische Versorgungskette für eine skalierbare, zuverlässige und innovative Steuerungsinfrastruktur für kryogene Quantenprozessoren aufzubauen und zu entwickeln. 

Das Hauptziel von ARCTIC (Advanced Research on Cryogenic Technologies for Innovative Computing) ist die Entwicklung skalierbarer kryogener IKT-Mikrosysteme und Steuerungstechnik für Quantenprozessoren. Die entwickelten Technologien werden in vielen Bereichen, von der Sensorik bis zur Kommunikation, Anwendung finden und zu einer wichtigen gegenseitigen Befruchtung führen, die das sich bildende europäische Ökosystem für kryogene klassische und Quanten-Mikrosysteme stärken wird.

Das Fraunhofer IPMS fokussiert sich auf die elektrische Charakterisierung und Modellierung von Bipolar- und CMOS-Transistoren und Speicherelementen bei kryogenen Temperaturen. Ein Schwerpunkt wird auf der Charakterisierung und Modellierung von Hochfrequenz, Rauschen und Defekten bei Transistoren und der Entwicklung von nichtflüchtigen ferroelektrischen Speichern liegen.

In einem Arbeitspaket werden kommerzielle FETs in 22FDX-FDSOI-Technologie vom Fraunhofer IPMS mittels einer innovativen Hochfrequenz-Rauschcharakterisierungsmethode bei Tiefsttemperaturen analysiert. Dies ermöglicht nicht nur die Modellierung des Bauelementeverhaltens, sondern auch die Gewinnung neuer Erkenntnisse über die energetische Lage und die Anzahl der elektrischen Defekte im Bauelement. Dies wird es der Industrie ermöglichen, neue Produkte anzubieten, die bei Kryo-Temperaturen funktionieren, und Fraunhofer kann einzigartige Charakterisierungsmethoden für Industrieprodukte anbieten. Da die Verringerung des defektinduzierten Rauschens in der Elektronik ein wichtiger Faktor für die Erhöhung der Kohärenzzeit von Qubitzuständen ist, sind die entwickelten Methoden auch von unmittelbarer Bedeutung für kryogene Quantencomputing-Ansätze.

Eine weitere Demonstration der Kompetenzen des IPMS ist die Untersuchung der Anwendbarkeit nichtflüchtiger ferroelektrischer Dreipolenspeicher für eine kryogene Umgebung durch elektrische Charakterisierung und physikalische Modellierung. Diese bahnbrechende Studie wird zeigen, wie die Bauelemente bei niedrigen Temperaturen funktionieren und welche Parameter verändert werden können, um die Schalteigenschaften, die Integrationsdichte und die Zuverlässigkeit zu verbessern.