Quantencomputer machen Schlagzeilen … aber was steckt eigentlich hinter dem Hype? Unter dieser Leitfrage nahm Daniela Zahn, Gruppenleiterin für den Test von Elektronik und Quantenbauteilen am Fraunhofer EMFT, das Publikum mit in die winzig kleine, eisig kalte Welt der supraleitenden Quantencomputer. Auf sehr verständliche Weise führte sie in die quantenmechanischen Grundlagen von Quantenrechnern ein – Was sind Qubits? Wie möchte man ihre speziellen Fähigkeiten zur Überlagerung und Verschränkung für diese so andere Art des Computing ausnutzen? – und sprach über die Anwendungsbereiche, in denen man sich einen Vorteil durch Quantenrechner erhofft. Doch auch die vielen Herausforderungen, die sie und die vielen anderen Wissenschaftler:innen in ihrer täglichen Forschung auf dem Weg zu groß skalierten Systemen bewältigen müssen, wurden von der jungen Wissenschaftlerin thematisiert.
Eine dieser Herausforderungen ist die Verbindung der Qubits. Jedes Qubit auf einem supraleitenden Quantenchip wird von mindestens einer Verbindung angesteuert und einer zweiten Verbindung ausgelesen. Solange sich die Qubit-Zahlen in einem zweistelligen oder niedrig dreistelligen Bereich befinden, ist das mit den bisher verwendeten Koaxialkabeln zu bewältigen. Steigt die Anzahl an Qubits jedoch in einen Bereich, der für die Anwendung einmal nötig sein wird – Zehntausende bis Millionen Qubits – steigt auch der Platzbedarf für die Verkabelung mit der Steuer- und Ausleseelektronik enorm an. Eine Lösung, an der das Fraunhofer EMFT daher arbeitet, sind extrem dünne, supraleitende Kabel, die eine hohe Dichte an Signalverbindungen auf sehr wenig Platz ermöglichen. Diese Verbindungen müssen jedoch auch hohen Anforderungen gerecht werden, was beispielsweise die thermische Belastung angeht, denn schließlich sind für den Betrieb eines supraleitenden Quantencomputers frostige Temperaturen von nur wenigen Millikelvin unerlässlich. Von dieser Komplexität und den technischen Herausforderungen bei der Fertigung erzählte Elias Meltzer, einer der Wissenschaftler, der an der Entwicklung dieser folienbasierten supraleitenden Kabel beteiligt ist. Das große Interesse und fundierte Vorwissen des Publikums zeigte sich in den vielen detailreichen Fragen, die bereits während des Vortrags aufkamen.
Zeit für noch mehr Fragen gab es im Anschluss an die Vorträge, als die Besucher:innen in Kleingruppen die Möglichkeit hatten, verschiedene Labore am Fraunhofer EMFT zu besichtigen. Dabei konnten sie von der Schleuse aus einen Blick in den Reinraum werfen, in dem die flexiblen Verbindungen gefertigt werden. Um alle Teilnehmer:innen der gut besuchten Veranstaltung von Kopf bis Fuß in die zum Betreten des Reinraums nötige Schutzkleidung wechseln zu lassen, reichte die Zeit nicht aus, doch durch die großen Fenster waren die Maschinen gut erkennbar. Martijn Goedbloed, der ebenfalls an der Entwicklung der speziellen Kabel beteiligt ist, zeigte die verschiedenen Stufen der Fertigung – Folien, die mit immer weiteren Materialien beschichtet werden und schließlich mit einem lithografischen Verfahren ihre Struktur verpasst bekommen – bis hin zum fertigen, gold-beschichteten und mit Verbindungspunkten versehenen Kabel.
Wo und wie diese Verbindung dann zum Einsatz kommt, zeigte Daniela Zahn im Kryo-Labor an einem kleinen Mischkryostaten. An dem etwas größeren Kryostaten in ihrem Labor fand gerade eine Messung statt, verborgen hinter der Abdeckung, die das System vor Umwelteinflüssen und insbesondere der Raumtemperatur abschirmt. Das charakteristische Rauschen und Zischen der Heliumpumpen, die für die Kühlung sorgen, erzeugten eine authentische Laboratmosphäre. Darauf angesprochen lacht Daniela Zahn – das Rauschen würde ihr schon lange nicht mehr auffallen.
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