Quantentechnologie Quantencomputer: Fujitsu entwickelt Diamant-Spin-Prototypen

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Der neue Prototyp eines Diamant-Spin-Quantencomputers integriert Zinn-Fehlstellenzentren (SnV-Zentren) in photonische integrierte Schaltungen. So markiert dieser Quantencomputer einen wichtigen Schritt hin zu skalierbaren Modellen.

Fujitsu gab jetzt bekannt, den weltweit ersten funktionsfähigen Prototyp eines Diamant-Spin-Quantencomputers entwickelt zu haben, der Zinn-Fehlstellenzentren (Tin-Vacancy, SnV) in photonische integrierte Schaltungen integriert. Der Prototyp arbeitet bei -271,6 Grad Celsius. Das ist eine höhere Betriebstemperatur als die typische Betriebstemperatur supraleitender Quantencomputer (-273,13 Grad Celsius). Fujitsu hat in einer Testumgebung zudem gezeigt, dass Nutzer ihn mithilfe der Fujitsu Hybrid Quantum Computing Platform ohne zusätzliche Spezialkenntnisse einsetzen können.

Die Entwicklung ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu einer modularen Architektur. Dieser Ansatz zählt aufgrund seiner hohen Fidelity und effizienten optischen Konnektivität zu den vielversprechendsten Möglichkeiten, Quantencomputer zu skalieren. Der Prototyp basiert auf Ergebnissen einer gemeinsamen Forschung, die Fujitsu, die Delft University of Technology und QuTech – ein weltweit führendes Forschungsinstitut für Quantentechnologien und Teil der TU Delft – im Jahr 2020 gestartet haben.

Drei Schlüsseltechnologien für den Diamant-Spin-Quantencomputer

Der Prototyp umfasst folgende drei Technologien, die Fujitsu entwickelt hat:

Technologie zum heterogenen Bonden und Dünnen von Materialien für skalierbare Quantencomputer-Chips: Für die Herstellung von Quantencomputer-Chips auf Basis von SnV-Zentren entwickelte Fujitsu eine Technologie zum heterogenen Bonden. Sie verbindet hochwertige, zinn-ionenimplantierte Diamantsubstrate mit Aluminiumoxid-/ Siliziumdioxid-Substraten. Ergänzend entwickelte Fujitsu eine Dünnungstechnologie, die die Dicke der Diamantsubstrate von mehreren hundert Mikrometern auf mehrere hundert Nanometer reduziert. Damit eignen sich die Substrate für den Einsatz in skalierbaren Quantencomputer-Chips.

Fertigungstechnologie für photonische integrierte Schaltungen mit SnV-Zentren: Fujitsu entwickelte eine Fertigungstechnologie für photonische integrierte Schaltungen, die Diamantkristalle im Nanometermaßstab mit SnV-Zentren in optische Wellenleiter aus Aluminiumoxid integrieren. Diese sind im sichtbaren Spektralbereich transparent und ermöglichen die Extraktion einzelner Photonen, die die SnV-Zentren beim Auslesen der Qubits emittieren. Für die Bearbeitung der Diamanten nutzte Fujitsu Ergebnisse aus der gemeinsamen Forschung mit der University of Tokyo.

Technologie zur Umwandlung von Quantenschaltkreisen für den Diamant-Spin-Ansatz: Der Diamant-Spin-Ansatz steuert Qubits durch die Kombination von Licht, Mikrowellen und Hochfrequenzwellen. Fujitsu entwickelte deshalb einen Mechanismus, der Quantenschaltkreise, die durch Quantengatter beschrieben werden, in Steuersequenzen für diese physikalischen Operationen umwandelt. Dadurch ermöglicht die Fujitsu Hybrid Quantum Computing Platform die Steuerung des Systems.

Roadmap für multimodulare und hybride Quantencomputer

Fujitsu plant, bis 2027 einen funktionsfähigen Prototyp eines multimodularen Diamant-Spin-Quantencomputer zu entwickeln. Darüber hinaus wird das Unternehmen mit der Entwicklung von Technologien beginnen, die den Diamant-Spin-Ansatz mit dem supraleitenden Ansatz integrieren. Damit treibt Fujitsu die Entwicklung großskaliger Quantencomputer weiter voran. Die Initiative ist Teil der Quantencomputing-Roadmap von Fujitsu. Darin formuliert das Unternehmen das Ziel, bis 2030 praxistaugliches Quantencomputing zu realisieren.

Vivek Mahajan, Corporate Executive Officer, Corporate Vice President, CTO, verantwortlich für System Platform, Fujitsu Limited, erklärt „Der Diamant-Spin-Ansatz, den wir in diesem Prototyp einsetzen, bietet nicht nur eine außergewöhnlich hohe Skalierbarkeit. Er kann sich auch mit supraleitenden Quantencomputern integrieren lassen und deren Leistungsfähigkeit erweitern. Damit ermöglicht er komplexere Berechnungen in größerem Maßstab. Unsere Roadmap sieht ein System mit 250 logischen Qubits bis zum Geschäftsjahr 2030 und ein System mit 1.000 logischen Qubits bis zum Geschäftsjahr 2035 vor. Fujitsu wird praxistaugliches Quantencomputing daher für eine Vielzahl an Bereichen weiter vorantreiben – von Software bis Hardware. Dabei nutzen wir die zentralen Vorteile des Diamant-Spin-Ansatzes, wozu unter anderem eine hohe Fidelity und optische Konnektivität zählen.“

Fujitsu wird praxistaugliches Quantencomputing daher für eine Vielzahl an Bereichen weiter vorantreiben – von Software bis Hardware.

Vivek Mahajan, Fujitsu

Dr. Kees Eijkel, General Director, QuTech, Delft University of Technology, ergänzt: „Wir freuen uns, diesen Prototyp eines Diamant-Spin-Quantencomputers als Ergebnis der gemeinsamen Forschung von Fujitsu, der Delft University of Technology und QuTech vorzustellen, welche seit 2020 besteht. Er ist ein wichtiger Meilenstein unserer starken Zusammenarbeit. Die erwartete Skalierbarkeit des Diamant-Spin-Quantencomputings nachzuweisen, bleibt ein langer und anspruchsvoller Weg. Indem wir unsere Zusammenarbeit mit Fujitsu weiter stärken, wollen wir diese ambitionierte und bedeutende Herausforderung angehen und die Entwicklung von Quantentechnologien der nächsten Generation vorantreiben.“

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