Samen met de Universiteit van Innsbruck, de ETH Zürich en Interactive volledig elektrische voertuigen SRL, Infineon Austria onderzoekt specifieke vragen over het commerciële gebruik van kwantumcomputers. Met nieuwe innovaties in ontwerp en productie, de partners uit universiteiten en industrie willen betaalbare componenten voor quantumcomputers ontwikkelen.

Ionenvallen hebben bewezen een zeer succesvolle technologie te zijn voor de controle en manipulatie van kwantumdeeltjes. Vandaag, ze vormen het hart van de eerste operationele kwantumcomputers en, samen met supergeleidende kwantumbits, worden beschouwd als de meest veelbelovende technologie voor de bouw van commerciële kwantumcomputers. Sinds vorig jaar, ingenieurs en onderzoekers hebben gezamenlijk onderzocht hoe ionenvallen kunnen worden gebouwd met behulp van halfgeleiderproductietechnologieën en welke kwantumchiparchitecturen in het bijzonder profiteren van de verhoogde precisie en schaalbaarheid van moderne halfgeleiderproductie in de samenwerking tussen Infineon Technologies Austria en de onderzoekspartners Universiteit van Innsbruck, ETH Zürich en Interactive volledig elektrische voertuigen SRL uit Italië, gefinancierd door de EU als onderdeel van het Horizon 2020-project PIEDMONS. In aanvulling, de onderzoekspartners willen weten of ionenvallen dankzij de innovatieve trapgeometrie ook bij kamertemperatuur kunnen worden gebruikt. De onderzoekers streven ernaar om robuustere kwantumsystemen te produceren en het hele systeem te miniaturiseren door de benodigde elektronica op de chip te integreren. On-chip betekent dat de nieuw ontwikkelde elektronica direct naast het kwantumsysteem wordt geïntegreerd – in het laboratorium nemen ze momenteel veel ruimte in beslag naast de experimentele opstelling. De visie is om kwantumcomputers voor het eerst draagbaar te maken.

Jonge onderzoeker met een visionair proefschrift

In haar proefschrift, Silke Auchter doet onderzoek naar ionenvallen. Deze ionenvallen moeten verder worden ontwikkeld met behulp van halfgeleiderproductietechnologieën. Op deze manier, de vallen zijn zeer uniform en nauwkeurig te produceren en gemakkelijker te combineren met geminiaturiseerde elektronica en optica. In aanvulling, er kunnen meer complexe en uitgebreide trapconcepten worden geïmplementeerd die robuust zijn tegen externe interferentie. De ionen worden gebruikt als kwantumbits, de kwantummechanische tegenhangers van de bits in conventionele computers. Onderzoekers vangen in het laboratorium ionen op in een elektromagnetisch veld waarvan de exacte vorm wordt bepaald door de structuur van de ionenval. Microgefabriceerde vallen hebben nog geen optimale grip op de ionen. Als het mogelijk is om deze kwantumchips zo te construeren dat de ionen stabieler blijven, dit zal de kwantumonderzoekers in Innsbruck en Zürich helpen in hun zoektocht naar grotere kwantumregisters en complexere kwantumalgoritmen.

In aanvulling, robuuste kwantumtoestanden zijn vereist voor gebruik buiten laboratoriumomstandigheden, d.w.z. op kamertemperatuur en uiteindelijk zelfs mobiel. Met de eerste prototypes van kwantumchips, ontwikkeld in de MEMS-afdeling in Villach, experimenten van Silke Auchter worden al uitgevoerd. Auchter is een Ph.D. student bij Infineon en wordt begeleid door Rainer Blatt, een internationaal bekende kwantumfysicus, aan de afdeling Experimentele Fysica van de Universiteit van Innsbruck, Oostenrijk. Het doel van haar onderzoek is om een ​​microgefabriceerde ionenval te maken waarin de ionen stabiel worden opgesloten bij kamertemperatuur. Momenteel, de prototypes van kwantumcomputers moeten nog flink gekoeld worden, wat een groot obstakel is voor de industriële productie van kwantumcomputers. In haar experimenten Silke Auchter probeert daarom ionen zo efficiënt op te vangen dat quantumchips ook bij kamertemperatuur functioneren en er nog complexere chiparchitecturen gebouwd kunnen worden.