Quantum-Forschungsprojekt: Multiplexing-Chips erweitern Technologieangebot von QuantumCore
Multiplexing-Chips sollen die Zahl der Kabel in großen Quantencomputern senken. QuantumCore strebt innerhalb von zwölf Monaten erste kommerzielle Prototypen an.
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QuantumCore ISIN CA74767F1045 WKN A429HH beginnt mit der Entwicklung kryogener Multiplexing-Mikrochips für Quantencomputer. Das Projekt entsteht im Rahmen eines Forschungsabkommens mit der University of Waterloo und ergänzt die bisherigen Arbeiten an Quantenverstärkern und Einzelphotonendetektoren.
Die neue Technik adressiert ein grundlegendes Problem beim Ausbau von Quantencomputern. Aktuelle Systeme benötigen zahlreiche Kabel zwischen der Steuerelektronik bei Raumtemperatur und den Quantenchips, die bei extrem niedrigen Temperaturen arbeiten. Mit steigender Zahl der Quantenbits wächst auch die Zahl dieser Verbindungen.
Kabelmenge begrenzt Ausbau großer Quantensysteme
In supraleitenden Quantencomputern verlaufen Mikrowellen-, Steuer- und Messleitungen durch mehrere Temperaturstufen eines speziellen Kühlsystems. Jedes zusätzliche Kabel benötigt Platz und bringt Wärme in den empfindlichen Bereich rund um den Quantenprozessor. Bei Systemen mit Hunderttausenden oder einer Million physischen Quantenbits stößt eine direkte Kabelverbindung für jedes einzelne Quantenbit an technische Grenzen. Neben dem Platzbedarf steigen Wärmebelastung, Signalverluste und mögliche Störungen zwischen den Leitungen.
Multiplexing soll mehrere Signale über eine gemeinsame Infrastruktur führen und gezielt an einzelne Quantenbits weiterleiten. Dadurch sinkt die Zahl der Kabel, Anschlüsse und Durchführungen im Kühlsystem. Laut Quantumcore-CEO Eugene Profis lässt sich die heutige Verkabelungsarchitektur nicht einfach beliebig vervielfachen. Kryogenes Multiplexing soll die Signalwege bereits bei niedrigen Temperaturen bündeln und schalten.
Neue Schalter benötigen wenig Energie
Das Forschungsprogramm konzentriert sich auf Schalter aus Phasenwechselmaterialien (PCM) und supraleitende Schaltmatrizen. PCM können zwischen verschiedenen Zuständen wechseln und die gewählte Einstellung anschließend ohne dauerhafte Energiezufuhr halten. Strom wird vor allem beim Umschalten benötigt. Das reduziert die Wärmeentwicklung in der gekühlten Umgebung. Schon geringe zusätzliche Wärme kann dort die Leistung des gesamten Systems beeinträchtigen.
Geleitet wird das Programm von Professor Raafat Mansour vom Fachbereich Elektrotechnik und Computertechnik der University of Waterloo in Ontario, Kanada. Seine Forschungsgruppe arbeitet bereits an einem Multiplexing-Bauteil, das QuantumCore nun für den Einsatz in skalierbaren Quantencomputern weiterentwickeln will. Mansour hat während seiner wissenschaftlichen Laufbahn bereits 41 kanadische und US-Patente erhalten und mehr als 475 Fachbeiträge veröffentlicht. Zu seinen Arbeitsgebieten gehören Hochfrequenztechnik, integrierte Schaltungen und supraleitende Systeme für sehr niedrige Temperaturen.
Dritte Technologie verbreitert Produktstrategie
QuantumCore entwickelt keine vollständigen Quantencomputer. Das Unternehmen konzentriert sich auf Komponenten zwischen der klassischen Steuerelektronik und dem eigentlichen Quantenprozessor. Dort müssen Signale transportiert, verteilt, verstärkt und gemessen werden.
Zum Portfolio gehört bereits ein supraleitender Verstärker, der schwache Quantensignale mit geringer zusätzlicher Wärmeentwicklung auslesen soll. Im September übernahm QuantumCore zudem Avalanche PhotoniQ und damit eine Plattform für Einzelphotonendetektoren. Diese erfassen einzelne Lichtteilchen und werden unter anderem für photonische Quantencomputer und Quantennetzwerke benötigt.
Die Multiplexing-Technik bildet nun den dritten Entwicklungsbereich. Eine erste Zusammenarbeit mit Professor Mansour war bereits im Juli vereinbart worden. Das neue Forschungsabkommen überführt diese Vorarbeiten in ein konkretes Entwicklungsprogramm. Innerhalb der kommenden zwölf Monate sollen kommerzielle Prototypen entstehen. Danach plant QuantumCore die Zusammenarbeit mit Herstellern von Kabeln, Steckverbindungen und weiterer Infrastruktur für Quantensysteme.
Mit dem Multiplexing-Projekt erweitert QuantumCore sein Angebot um eine Komponente, deren Bedarf mit der Zahl der Quantenbits wächst. Verstärkung, Photonenerkennung und Signalverteilung decken nun drei zentrale Bereiche rund um den Quantenprozessor ab. Die Aktie erhält damit ein breiteres Technologieprofil. Der wirtschaftliche Wert entsteht mit funktionsfähigen Prototypen, Industriepartnern und ersten Bestellungen. Das kommende Jahr wird dafür den technischen Nachweis liefern.
