Um die Entwicklung von Quantencomputern von den ersten Funktionsnachweisen hin zur praktischen Anwendbarkeit weiterzuführen und zielgerichtet am Standort Deutschland stärker voranzutreiben, fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) seit 2021 Projekte im Rahmen der Förderinitiative „Quantenprozessoren und Technologien für Quantencomputer“. Nun sind alle Projekte dieser Maßnahme gestartet.
Technologischer Ansatz: Atomfallen
Das Projekt QRydDemo der Universitäten Stuttgart und Ulm sowie der TOPTICA Photonics AG will die Möglichkeit demonstrieren, Rydbergatome in einer zweidimensionalen optischen Fallenstruktur zu gruppieren und mit diesen durch gezielte Verschränkung und Verschiebung der Atome effizient quantenlogische Operationen durchzuführen. Dabei soll die Kohärenzzeit gegenüber dem Stand der Technik um drei Größenordnungen verbessert werden.
Ziel des Projekts FermiQP ist die Entwicklung eines leistungsfähigen Demonstrators für analoge Quantensimulation und digitales Quantenrechnen basierend auf der in Deutschland vorhandenen langjährigen Erfahrung mit der Quantensimulation mit ultrakalten Atomen und einer einzigartigen Erweiterung auf digitales Quantenrechnen. Projektpartner sind die Eberhard Karls Universität Tübingen, das Max-Planck-Institut für Quantenoptik, die Ludwig-Maximilians-Universität München, die Freie Universität Berlin, das Forschungszentrum Jülich, das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF sowie die TOPTICA Photonics AG.
Technologischer Ansatz: Ionenfallen
Das Projekt MIQRO entwickelt einen modularen Quantencomputer aus „Quanten-Kernen“, die gespeicherte atomare Ionen als Quantenbits verwenden. Die in diesen mit hoher Funktionalität ausgestatteten Quanten‐Kernen ausgeführten quantenlogischen Operationen werden durch Hochfrequenz (HF)‐Wellen kontrolliert. Beteiligt sind die Universität Siegen, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und Leibniz Universität Hannover sowie die QUARTIQ GmbH.
Ebenfalls mit Ionenfallen arbeitet das Projekt IQuAn der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, der Fraunhofer-Institute für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF und für Lasertechnik ILT, des Forschungszentrums Jülich, der TOPTICA Photonics AG sowie der AKKA DSW GmbH. Dabei wird ein neuer, skalierbarer Ansatz mit hoher Qubit-Konnektivität verfolgt: Individuelle optische Adressierung in kleinen Registern wird kombiniert mit der Kopplung und der dynamischen Konfiguration mehrerer Register durch Bewegen und Umgruppieren der Ionen.
Technologischer Ansatz: Supraleiter
Der Ansatz des Projekts DAQC ergänzt die Flexibilität von digitalen Schaltkreisen mit der Robustheit analoger Rechenblöcke. Ziel sind die Herstellung und der kontinuierliche Betrieb eines digital‐analogen Quantencomputers sowie der dazugehörigen Kalibrier‐ und Steuertechnik. Projektpartner sind IQM Germany, die Infineon Technologies AG, das Forschungszentrum Jülich, das Leibniz-Rechenzentrum LRZ der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, die Freie Universität Berlin sowie die Parity Quantum Computing GmbH als assoziierter Partner.
Die Partner im Projekt GEQCOS verfolgen einen neuen Ansatz zur Kopplung von Qubits auf Basis supraleitender Schaltkreise. Dies soll effiziente Operationen mit mehreren Qubits ermöglichen und die Kohärenzzeit erhöhen, um umfangreichere Quantenoperationen als bisher zu ermöglichen. Beteiligt sind das Walther-Meissner-Institut für Tieftemperaturforschung der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF, die Infineon Technologies AG, die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, das Forschungszentrum Jülich sowie das Karlsruher Institut für Technologie KIT.
Technologischer Ansatz: Halbleiter
Ziel des Projekts QUASAR ist die Implementierung und Demonstration einer Mikroarchitektur unter Überwindung bisheriger geometrischer Skalierungsgrenzen auf Quantenebene mit in Deutschland verfügbarer Halbleitertechnologie. Als technologische Basis dazu dienen Si/SiGe-Quantentöpfe, für die die Reproduzierbarkeit von Qubits bereits gezeigt wurde. Projektpartner sind das Forschungszentrum Jülich, die Universitäten Konstanz und Regensburg, die Fraunhofer-Institute für Angewandte Festkörperphysik IAF und für Photonische Mikrosystems IPMS sowie die Unternehmen HQS Quantum Simulations GmbH, IPH GmbH und Infineon Technologies Dresden GmbH & Co. KG.
Technologischer Ansatz: Verschränkte Photonen
Im Projekt PhotonQ möchten die Universitäten Stuttgart, Würzburg, Mainz und Ulm, die Technische Universität München, das Instituts für Mikroelektronik Stuttgart und die Vanguard Automation GmbH einen Prozessor für einen messbasierten, photonischen Quantencomputer entwickeln. Dazu sollen deterministische Photonenquellen, skalierbare Silizium-Photonik-Schaltkreise, bessere Verbindungstechnik und neuartige Einzelphotonendetektoren realisiert werden.
Auch das Projekt QPIC-1 setzt auf Photonen für die Entwicklung ihres Quantenprozessors. Dazu nutzen die Projektpartner Technische Universität München, Universität Paderborn, Berlin University Alliance, Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik und Universität des Saarlandes das Konzept eines integrierten photonischen One-Way-Quantencomputers basierend auf der „Lithiumniobat on Insulator“ Materialplattform .