MagSQuant – Verlustarme Materialien für integrierte magnonisch-supraleitende Quantentechnologien
Mit dem Verbundprojekt Verlustarme Materialien für integrierte magnonisch-supraleitende Quantentechnologien (MagSQuant) startet nach Mitteilung von Innovent 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 zwei Millionen Euro finanziert und läuft bis zum 30. September 2027. Ziel des Projekts ist es, Materialien zu entwickeln, die Verluste in Quantensystemen minimieren und die Integration miniaturisierter Komponenten vorantreiben.
Die Herausforderungen bei der Skalierung von Quantencomputern und Quantentechnologien sind beträchtlich. Supraleitende Schaltkreise, die derzeit als Schlüsseltechnologie in der Quantentechnik gelten, sind durch Energieverluste und hohe Platzanforderungen klassischer Mikrowellenkomponenten limitiert. Die Forschenden im Projekt MagSQuant möchten diesen Hürden durch die Entwicklung von neuartigen 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 von magnetischen Dünnfilmen, 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.
Das Projekt leistet durch die Bereitstellung der neuen Materialien 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.
Im Rahmen des Gesamtverbundprojekts unter dem Förderkennzeichen 13N17109 bearbeitet Innovent das Teilvorhaben Epitaktische Abscheidung verlustarmer magnonischer Oxid-Dünnschichten auf neuartigen Oxidsubstraten mit optimierter Gitteranpassung, das für die Projektpartner das Basismaterial in Form einkristalliner Funktionsschichten mit niedriger magnetischer Dämpfung bei kryogenen Temperaturen zur Verfügung stellen wird.
Mit der Entwicklung von verlustarmen Materialien und hochintegrierten Komponenten stellt MagSQuant eine bedeutende Grundlage für die Zukunft der Quantentechnologie dar und bietet neue Perspektiven für den von Bau robusten und effizienten Quantencomputern. Das Projektteam rechnet damit, dass die Forschungsergebnisse nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in der Industrie Anwendung finden werden und das Potenzial haben, die deutsche und internationale Forschung in der Quantentechnologie nachhaltig zu beeinflussen.
- www.innovent-jena.de
Text zum Titelbild: Züchtung von neuartigen Substratkristallen am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) (Bild: IKZ/Christo Guguschev)
