RPTU bringt sich ein bei „MagSQuant“: Neue verlustarme Materialien für die Quantentechnologie

Mit dem Verbundprojekt „Verlustarme Materialien für integrierte magnonisch-supraleitende Quantentechnologien“ (MagSQuant) startet eine neue Initiative, um die Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit supraleitender Quantenplattformen deutlich zu erhöhen. Das Projekt wird im Rahmen des Forschungsprogramms „Quantensysteme“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) mit einer Fördersumme von 2 Millionen Euro finanziert und läuft bis zum 30. September 2027. Ziel von MagSQuant ist es, Materialien zu entwickeln, die Verluste in Quantensystemen minimieren und die Integration miniaturisierter Komponenten vorantreiben. Die RPTU ist einer der Forschungspartner im Projekt, das vom Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) in Berlin koordiniert wird.

Die Herausforderungen bei der Skalierung von Quantencomputern und -technologien sind beträchtlich. Supraleitende Schaltkreise, die derzeit als Schlüsseltechnologie in der Quantentechnik gelten, sind durch Energieverluste und hohe Platzanforderungen klassischer Mikrowellenkomponenten limitiert. MagSQuant möchte diesen Hürden durch die Entwicklung neuartiger Materialien begegnen, die verlustarme, miniaturisierte und integrierfähige Komponenten ermöglichen. Diese Komponenten sollen auf magnetischen und supraleitenden Schaltkreisen basieren und damit neue Möglichkeiten für die Herstellung leistungsfähiger Quantensysteme eröffnen.

Um die Vision einer hybriden Integration von miniaturisierten magnetischen und supraleitenden Schaltkreisen umzusetzen, erforschen die Projektpartner neue Materiallösungen. Ein Schlüsselelement ist die Entwicklung magnetischer Dünnfilme, die langlebige magnetische Anregungen - sogenannte Magnonen – aufweisen. Diese Materialien werden auf einem speziellen oxidischen Substrat-Dünnfilm-System basieren, das eine besonders hohe Magnonen-Lebensdauer bei den ultratiefen Arbeitstemperaturen der supraleitenden Schaltkreise gewährleistet. Die Verwendung hochreiner zonengeschmolzener Silizium-Substratkristalle wird zudem die Relaxationszeiten der supraleitenden Quantenbits verbessern und damit die Effizienz und Stabilität der darauf basierten Quantentechnik erhöhen.

MagSQuant leistet durch die Bereitstellung dieser neuen Materialien und miniaturisierten Komponenten einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Quantentechnologien. Einerseits fördern die im Rahmen von MagSQuant entwickelten Materialien die Skalierbarkeit und Leistungsfähigkeit der Quantensysteme für industrielle Anwendungen und andererseits eröffnen sie neue Einsatzmöglichkeiten für gasphasenepitaktische Beschichtungen und Flüssigphasenepitaxie. Die Resultate aus MagSQuant sind für zahlreiche Anwender von supraleitenden Quantenschaltkreisen und magnetischer Anregungen von großem Interesse, da sie eine verbesserte Gesamtleistung ermöglichen.

Das Verbundprojekt wird vom Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) in Berlin koordiniert und umfasst als Partner den Verein zur Förderung von Innovationen durch Forschung, Entwicklung und Technologietransfer e.V. (INNOVENT e.V.) in Jena, die Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau sowie die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Verbundkoordinator ist Dr. Christo Guguschev vom IKZ.

Forschungsbeitrag der RPTU
Ein Team an der RPTU um Professor Mathias Weiler und Juniorprofessor Philipp Pirro bringt seine Expertise in der Magnonen-Forschung ein. Sie entwickeln magnonische Bauteile, die als Mikrowellen-Isolatoren fungieren und die supraleitenden Quantenbits vor äußeren Störungen wie ein Schutzschild abschirmen. Diese Bauteile sind zudem so klein, dass sie auf einem Chip weniger als einen hundertstel Quadratmillimeter einnehmen.

Quelle: Meldung des Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ)