Munich Quantum Valley: Auf dem Weg zum Quantencomputer "Made in Bavaria"

Mit der Gründung des Munich Quantum Valley (MQV) im Jahr 2022 haben sich sieben führende Forschungseinrichtungen in Bayern, darunter auch die Fraunhofer-Gesellschaft, einem ehrgeizigen Ziel verschrieben: dem Bau des ersten deutschen Quantencomputers mit bis zu 1000 Qubits "made in Bavaria". Die Partner arbeiten an der Realisierung von vollständigen Quantencomputer-Demonstratoren, die remote für Forschung und Industrie zugänglich sind. Die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer EMFT bringen dabei ihre Engineering-Kompetenz ein, um die Skalierung und Industrialisierung der Qubit-Plattform auf Basis supraleitender Qubits zu ermöglichen.

Das MQV fungiert als Drehscheibe zwischen Forschung, Industrie, Fördereinrichtungen und Öffentlichkeit und verfolgt das Ziel, ein leistungsfähiges Quanten-Ökosystem in Bayern zu etablieren. Zentrale Handlungsfelder sind der Bau von Quantencomputern, die Entwicklung von Quanteninfrastruktur, die Förderung der Vernetzung zwischen Industrie und Wissenschaft, die Unterstützung unternehmerischer Aktivitäten, die Ausbildung der nächsten Generation von Quantenexperten und Öffentlichkeitsarbeit zu den Potenzialen und Chancen des Quantencomputings.

Was die F&E-Aktivitäten des MQV betrifft, so entwickeln sieben Konsortien aus verschiedenen Disziplinen alle Ebenen eines Quantencomputers, von der Hard- und Software bis zu den Anwendungen. Die Forschung stützt sich auf drei technologische Ansätze - supraleitende Qubits (SC), Neutralatom-Qubits (NA) und Trapped-Ion-Qubits (TI).

Engineering-Expertise ebnet den Weg

Das Fraunhofer EMFT leitet zusammen mit dem Fraunhofer IIS das SHARE-Konsortium. SHARE ist der Engineering-Partner, um die Grenzen des Quantencomputings innerhalb der MQV zu erweitern. Die Fraunhofer-Institute EMFT, IIS, IISB sowie die Universitäten TUM und FAU bündeln ihre Kompetenzen, um zukunftsweisende Lösungen für skalierbare Hardware und Systemtechnik zu liefern, die das Upscaling von Quantencomputern ermöglichen. Dies erfordert die Entwicklung und Bereitstellung hochwertiger elektronischer Komponenten und Systeme sowie Halbleitertechnologie und Integrationslösungen, die speziell auf Quantencomputer zugeschnitten sind. Die Entwicklungen umfassen spezifische Elektronik für skalierbare Steuerung und Schnittstellen, digitale Systemintegration und Messaufbauten, die bei Raum- und Tiefsttemperaturen arbeiten. Darüber hinaus untersucht SHARE neue Materialien, Bauelemente und Prozesse im Mikro- und Nanomaßstab für supraleitende Quantenchips, bietet die Herstellung und Charakterisierung von Quantenprozessorkomponenten im Wafermaßstab an und entwickelt innovative Qubit-Architekturen, 3D-Integration und Verpackungstechniken.

Innerhalb des Konsortiums konzentriert sich das Forschungsteam des Fraunhofer EMFT auf die Entwicklung skalierbarer supraleitender Hardwarekomponenten und -systeme, um die Industrialisierung von Quantenhardware für die supraleitende Qubit-Plattform voranzutreiben. Basierend auf dem Quantentechnologieprogramm des Fraunhofer EMFT beinhalten die Aktivitäten im MQV:

• Skalierbare Herstellung von SC Qubits (8" bis 200 mm Wafer)
• Technologien für die 3D-Integration von QPUs
• Flexible Verbindungen mit ultrahoher Dichte und Packaging
• Prozesskontrolle und Bauteilcharakterisierung

Auf dem Weg ins Quantencomputing-Zeitalter

Bis zum Ende der ersten Förderperiode (2026) streben die Partner die Realisierung von Full-Stack-Noisy-Intermediate-Scale-Quantencomputern (NISQ) an. Dies wird jedoch nur der erste Meilenstein in der bayerischen Quantencomputer-Ära sein: Die Roadmap für die nächsten 5 bis 10 Jahre sieht ein Upscaling auf bis zu 1000 Qubits vor. Am Ende, so die Vision, wird Bayern über einen eigenen, von den MQV-Partnern gemeinsam entwickelten, fehlertoleranten Quantencomputer verfügen, der in der Lage ist, praktische, für Wirtschaft und Gesellschaft relevante Probleme zu lösen.

Die MQV-Plattform wird von der Bayerischen Staatsregierung mit Mitteln aus der Hightech-Agenda Bayern gefördert.

• Bayerische Akademie der Wissenschaften (BAdW)
• Fraunhofer-Gesellschaft (FhG)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
• Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)
• Max Planck Gesellschaft (MPG)
• Technische Universität München (TUM)