25. Februar 2022
DLR-Initiative Quantencomputing

Aus­schrei­bung zur Ent­wick­lung von Spin-Enab­ling-Tech­no­lo­gi­en

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Digitalisierung
Symbolbild: Qubits
Zu­kunfts­tech­no­lo­gie mit Qubits
Credit: © Production Perig / AdobeStock

Zukunftstechnologie mit Qubits

Ein Quan­ten­com­pu­ter ar­bei­tet mit Qubits, die den Ge­set­zen der Quan­ten­phy­sik fol­gen. Dies er­laubt neu­ar­ti­ge Al­go­rith­men, die auf kon­ven­tio­nel­len Com­pu­tern nicht mög­lich sind. Die Bits der her­kömm­li­chen Rech­ner ken­nen nur die bei­den Zu­stän­de 0 und 1. Qubits kön­nen im Ge­gen­satz da­zu un­end­lich vie­le Zwi­schen­wer­te an­neh­men.
  • Die Herstellung von Qubit-Hardware und eines Qualifizierungssystems für Spin-Qubits steht im Mittelpunkt von zwei Teilprojekten.
  • Das DLR stellt Räume in seinen Innovationszentren in Hamburg und Ulm bereit.
  • Schwerpunkte: Quantentechnologie, Quantencomputing, Digitalisierung

Ein vielversprechender Technologieansatz für das Quantencomputing ist die Realisierung von Qubits auf Basis von Festkörperspins. Kernherausforderungen solcher Systeme sind die reproduzierbare Herstellung und Charakterisierung von Qubit-Hardware sowie die effiziente Qubit-Kopplung. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hierzu eine Ausschreibung im Zusammenhang mit der Initiative Quantencomputing veröffentlicht.

Im Rahmen der DLR-Initiative Quantencomputing sollen innerhalb der nächsten vier Jahre prototypische Quantencomputer unterschiedlicher Architekturen gebaut, sowie die damit verbundenen Technologien und Anwendungen entwickelt werden. Das DLR bindet Unternehmen, Start-ups und andere Forschungseinrichtungen 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. Das DLR bringt dabei die eigenen Fähigkeiten und Fragestellungen in Forschung und Entwicklung ein. Die aktuelle Ausschreibung ist bislang die fünfte zum Quantencomputing.

Enge Zusammenarbeit innerhalb der Quantencomputing-Initiative geplant

Die aktuelle Ausschreibung bezieht sich auf Teilsysteme und Hilfstechnologien für spinbasiertes Quantencomputing. Ziel ist die Unterstützung und Beschleunigung bei der Entwicklung von Gesamtsystemen sowie die Qualitätssicherung der Quanten-Hardware.

Die Ausschreibung adressiert zwei Bereiche mit einer Gesamtlaufzeit von bis zu dreieinhalb Jahren:

  • Bau und Betrieb eines modularen, anpassbaren Qualifizierungssystems für Spin-Qubits in Festkörpern.
  • Herstellung reproduzierbarer Quantenhardware-Bauteile auf Basis von NV-Zentren in Diamant.

Das DLR stellt für die Entwicklung und den Bau Räumlichkeiten in seinen Innovationszentren Ulm oder Hamburg bereit.

Eine enge Zusammenarbeit zwischen den beiden Entwicklungssträngen ist vorgesehen, so dass die Hersteller voneinander profitieren. Außerdem sollen sie mit anderen Teilnehmenden, insbesondere den Gesamtsystemherstellern für spinbasiertes Quantencomputing, in der Quantencomputing-Initiative zusammenarbeiten. Der Austausch im Sinne des Quantencomputing-Ökosystems schafft Synergien und fördert die Entwicklung des Gesamtsystems.

Die Bewerbungen zur Teilnahme können bis zum 1. April 2022 abgegeben werden.

Schnelle Berechnungen mit Quantenbits

Quantencomputer sind eine wichtige Technologie für die Zukunft: Sie können Berechnungen und Simulationen auf spezifischen Einsatzgebieten wesentlich schneller als klassische Supercomputer durchführen. Ihr Einsatz ist zum Beispiel im Verkehrs- und Energiebereich, aber ebenso bei der Grundlagenforschung oder dem Betrieb von Satelliten möglich. Quantencomputer arbeiten auf Basis der Quantenphysik. Ihre Quantenbits (Qubits) können nicht nur die Zustände 0 und 1 einnehmen, sondern auch Zwischenwerte. Das unterscheidet Quantencomputer von herkömmlichen Computern und macht sie so leistungsfähig. Im DLR arbeiten bereits mehrere Institute mit Quantentechnologien. Auch im DLR besteht ein großer Bedarf, in Zukunft an und mit Quantencomputern zu forschen.

Kontakt
  • Katja Lenz
    Pres­se­re­dak­ti­on
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

    Kom­mu­ni­ka­ti­on und Pres­se
    Telefon: +49 2203 601-5401
    Linder Höhe
    51147 Köln
    Kontaktieren
  • Dr. Robert Axmann
    Lei­ter Quan­ten­com­pu­ting-In­itia­ti­ve
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Vor­stand­spro­jek­te und Quan­ten­com­pu­ting-In­itia­ti­ve
    Hansestraße 115
    51149 Köln
    Kontaktieren
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Spin-Qubits

Spin-Qubits sind Festkörperspins, die zur Realisierung von Quantencomputern genutzt werden. Hierbei können als Qubits sowohl Kernspins als auch Elektronenspins verwendet werden. Dabei handelt es sich um die Drehimpulse von Atomkernen und Elektronen, die sich in einem Magnetfeld ausrichten und manipulieren lassen.

NV-Zentren

Ein Stickstoff-Fehlstellen-Zentrum (nitrogen-vacancy center) ist ein Defekt im Kohlenstoff-Kristallgitter von Diamant, der aus einem einzelnen Stickstoffatom und einer benachbarten Kohlenstofffehlstelle besteht. Das NV-Zentrum kann als Einzelphotonenquelle eingesetzt werden oder für die Realisierung von Quantencomputern genutzt werden. Als Qubits werden hierbei Elektronenspins im NV-Zentrum sowie umliegende Kernspins verwendet.

Quantencomputer

Neuartige Form eines Rechners, der auf Basis der Gesetze der Quantenphysik arbeitet. Seine Quantenbits (Qubits) können nicht nur die Zustände 0 und 1 einnehmen, sondern auch Zwischenwerte. Quantencomputer haben das Potenzial, bestimmte Aufgaben zu lösen, an denen klassische Computer scheitern.

Quantenmechanik/Quantenphysik

Teilbereich der Physik, in dem physikalische Vorgänge in der Welt des Allerkleinsten, auf atomarer Ebene, beschrieben werden.

Qubit

Qubits (Quantenbits) sind die kleinsten Rechen- und Speichereinheiten eines Quantencomputers, die auf den Gesetzen der Quantenmechanik basieren. Im Gegensatz zu den klassischen Bits der herkömmlichen Digitalrechner, die nur die Zustände 0 und 1 kennen, können Qubits unendlich viele Zwischenwerte annehmen. Als Qubits dienen Zweizustands-Quantensysteme auf atomarer Ebene (beispielsweise Atome, Ionen oder Lichtquanten) oder in Festkörpern (beispielsweise in Halbleitern oder Supraleitern).