Regensburger Quantenphysiker bekommen Mittel aus der High-Tech-Agenda Bayern
Beispiel einer etwa 300 Nanometer breiten Quanten-Bit-Zelle und eines Prototypen-Testchips. (Foto: © AG Bougeard)Im Rahmen des Förderprogramms „Grundlagenorientierte Leuchtturmprojekte für Forschung, Entwicklung und Anwendung im Bereich Quantenwissenschaften und Quantentechnologien“ hat das Bayerische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst die Förderung von zwei Projekten an der Universität Regensburg mit Mitteln aus der Hightech Agenda Bayern beschlossen. Wie das Ministerium bekannt gegeben hat, erhält das Projekt: „Quantum circuits with spin qubits and hybrid Josephson junctions“ in den kommenden drei Jahren knapp drei Millionen Euro Fördermittel, das Projekt „Free-electron states as ultrafast probes for qubit dynamics in solid-state platforms“ knapp 1,9 Millionen Euro.
„Wir sind natürlich hocherfreut über die Förderungszusage des Staatsministeriums für die beiden Projekte aus dem Bereich der Quantenwissenschaften. Die Beteiligung der Universität Regensburg am Munich Quantum Valley unterstreicht die internationale Spitzenposition und Attraktivität unserer Forschung und ermöglicht es unseren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern diese Position im höchst relevanten Feld der Quantenwissenschaften und Quantentechnologien weiter auszubauen,“ so Universitätspräsident Prof. Dr. Udo Hebel. „Innerhalb der UR haben die Projekte ein hohes Potential für zukünftige Verbundforschung, u.a. durch den Aufbau von Forschungssynergien im Bereich Quantencomputing, von der Hardwareentwicklung bis zu der Entwicklung von Quantenalgorithmen und Quantensimulationen und deren Anwendungen ergeben sich innovative Anknüpfungspunkte innerhalb der Physik und in die naturwissenschaftlichen Nachbarfakultäten sowie insbesondere auch in die neu gegründete Fakultät für Informatik und Data Science.“
Die geförderten Projekte:
Das Projekt „Quantum circuits with spin qubits and hybrid Josephson junctions“ wird innerhalb der UR durch vier Arbeitsgruppen der Fakultät für Physik unter der Leitung von Prof. Dr. Christoph Strunk und Prof. Dr. Dominique Bougeard getragen. Die Projektgruppe um Prof. Bougeard(Experiment), Prof. Dr. Milena Grifoni (Theorie), Prof. Dr. John Schliemann (Theorie), und Prof. Strunk (Experiment) beschäftigt sich mit der Erforschung von Herzstücken zukünftiger Quantencomputer: Prozessoren für Quantencomputing und Schnittstellen zu hybriden Quantentechnologien. Ziel des Projekts ist es, neue elektronische Quantenprozessor-Konzepte in Halbleitern zu demonstrieren. Ein besonderer Vorteil dieser Konzepte wäre, dass sie auf die Nanotechnologien der Chipindustrie aufbauen. Damit bieten sie das Potential, ähnlich wie aktuelle Chips, hoch-miniaturisiert und hoch-integriert, im industriellen Maßstab hergestellt zu werden.
„Ähnlich wie in den 1950ern der Bau der ersten integrierten Schaltkreise die Initialzündung für eine damals kaum denkbare Entwicklung, hin zur Vielfältigkeit der heutigen digitalen Technologien, darstellt," erklärt Prof. Bougeard „verspricht Quantencomputing mittelfristig Möglichkeiten zu eröffnen, die mit aktuellen Technologien nicht erreichbar sind. Es ist spannend, die Konkretisierung dieser neuen Möglichkeiten mitzugestalten und hierdurch auch einen Beitrag zu leisten, dass derartige Zukunftstechnologien in Bayern entwickelt werden."
Im Rahmen des Projekts „Free-electron states as ultrafast probes for qubit dynamics in solid-state platforms“ soll unter der Leitung von Prof. Dr. Sascha Schäfer (Experiment) und Prof. Ferdinand Evers (Theorie) der Prototyp eines ultraschnellen Transmissionselektronenmikroskops (UTEM) entstehen, mit dem die Quantendynamik einzelner Qubits– den grundlegenden Informationseinheiten in Quantencomputern– mit höchster räumlicher und zeitlicher Auflösung untersucht wird. Konventionelle Elektronenmikroskope sind schon heute unverzichtbare Werkzeuge, um zum Beispiel in der Halbleiterindustrie die Struktur von Festkörpern auf atomaren Längenskalen zu untersuchen. Die UTEM-Technologie, die ultrakurze Elektronenpulse statt eines kontinuierlichen Elektronenstahls verwendet, ermöglicht es nun auch, dynamische Prozesse in Festkörpern abzubilden. Die in diesem Projekt angestrebte Erweiterung dieser Technik auf einzelne Festkörper-Quantensysteme verspricht einen einzigartigen experimentellen Zugang um Quantendynamiken zu detektieren. „Wir freuen uns sehr über die Förderung dieses Projektes, die es uns ermöglicht, die vielfältigen instrumentellen Entwicklungen, die im Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy entstehen, für Quantentechnologien nutzbar zu machen. Unser Ziel ist es insbesondere, die ultraschnelle Elektronenmikroskopie als eine der grundlegenden Charakterisierungstechniken für die künftige Quantenindustrie zu etablieren“, erläutert Prof. Schäfer. Prof. Schäfer, der zurzeit noch an der Universität Oldenburg forscht, hat vor Kurzem den Ruf auf eine Professur für Experimentalphysik an der Universität Regensburg angenommen.
Neben der Universität Regensburg erhalten die Universitäten in Erlangen-Nürnberg, Würzburg, Passau und München sowie die Technischen Hochschulen in Deggendorf und Regensburg und das Walter-Meißner-Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen und das Max-Planck-Institut für Quantenoptik insgesamt rund 17 Millionen Euro. Das Programm ist eine der Maßnahmen der Hightech Agenda Bayern. „Wir wollen gezielt interdisziplinäre und hochschulübergreifende Projekte unterstützen, die die Grundlagen für bahnbrechende Innovationen legen können. Innovationen, von denen wir uns heute noch gar nicht vorstellen können, dass es sie gibt. Und die sich positiv für uns und die nachfolgenden Generationen auswirken werden“, erklärt Wissenschaftsminister Markus Blume.
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Durch Lichtfelder können Elektronen und Löcher (blaue und orange Kugeln) durch Festkörper beschleunigt werden. Bei der Kollision der Ladungsträger wird Licht emittiert (Lichtblitze rechts unten). Durch extrem präzise zeitliche Vermessung des Prozesses (veranschaulicht durch die Stoppuhr) können Rückschlüsse auf Vielteilchen-Korrelationen im Kristall (blaue und rote Feldlinien) gezogen werden. (Foto: © Brad Baxley (parttowhole.com)
