Tillsammans med universitetet i Innsbruck, ETH Zürich och Interactive Fully Electrical Vehicles SRL, Infineon Österrike forskar på specifika frågor om kommersiell användning av kvantdatorer. Med nya innovationer inom design och tillverkning, partnerna från universitet och industri vill utveckla prisvärda komponenter för kvantdatorer.

Jonfällor har visat sig vara en mycket framgångsrik teknik för kontroll och manipulering av kvantpartiklar. I dag, de utgör hjärtat av de första operativa kvantdatorerna och, tillsammans med supraledande kvantbitar, anses vara den mest lovande tekniken för konstruktion av kommersiella kvantdatorer. Sedan förra året, ingenjörer och forskare har tillsammans undersökt hur jonfällor kan byggas med hjälp av halvledartillverkningsteknologier och vilka kvantchipsarkitekturer som särskilt drar nytta av den ökade precisionen och skalbarheten hos modern halvledartillverkning i samarbetet mellan Infineon Technologies Austria och forskningspartnerna University of Innsbruck, ETH Zürich och Interactive Fully Electrical Vehicles SRL från Italien, finansierat av EU som en del av Horizon 2020-projektet PIEDMONS. Dessutom, forskningspartnerna vill ta reda på om jonfällor även kan användas i rumstemperatur tack vare innovativ fällgeometri. Forskarna siktar på att producera mer robusta kvantsystem och miniatyrisera hela systemet genom att integrera den nödvändiga elektroniken on-chip. On-chip innebär att den nyutvecklade elektroniken integreras direkt intill kvantsystemet — i laboratoriet tar de för närvarande upp mycket plats bredvid experimentuppställningen. Visionen är att göra kvantdatorer bärbara för första gången.

Ung forskare med en visionär doktorsavhandling

I sin doktorsavhandling, Silke Auchter forskar om jonfällor. Dessa jonfällor ska vidareutvecklas med hjälp av halvledartillverkningsteknologier. På det här sättet, fällorna kan tillverkas mycket enhetligt och exakt och lättare kombineras med miniatyriserad elektronik och optik. Dessutom, mer komplexa och heltäckande fällkoncept som är robusta mot yttre störningar kan implementeras. Jonerna används som kvantbitar, de kvantmekaniska motsvarigheterna till bitarna i konventionella datorer. Forskare fångar joner i laboratoriet i ett elektromagnetiskt fält vars exakta form bestäms av jonfällans struktur. Mikrotillverkade fällor har ännu inte haft ett optimalt grepp om jonerna. Om det är möjligt att konstruera dessa kvantchips på ett sådant sätt att jonerna förblir mer stabila, detta kommer att hjälpa kvantforskarna i Innsbruck och Zürich i deras strävan efter större kvantregister och mer komplexa kvantalgoritmer.

Dessutom, robusta kvanttillstånd krävs för användning utanför laboratorieförhållanden, i rumstemperatur och i slutändan även mobil. Med de första kvantchipsprototyperna, utvecklad på MEMS-avdelningen i Villach, experiment av Silke Auchter genomförs redan. Auchter är en Ph.D. student vid Infineon och handles av Rainer Blatt, en internationellt känd kvantfysiker, vid Institutionen för experimentell fysik vid universitetet i Innsbruck, Österrike. Syftet med hennes forskning är att ta fram en mikrotillverkad jonfälla där jonerna fångas stabilt i rumstemperatur. För närvarande, prototyperna av kvantdatorer måste fortfarande kylas kraftigt, vilket är ett stort hinder för industriell produktion av kvantdatorer. I sina experiment, Silke Auchter försöker därför fånga joner så effektivt att kvantchips även fungerar i rumstemperatur och ännu mer komplexa chiparkitekturer kan byggas.