Fujitsu und TU Delft: Mit geeinten Kräften in die Quantenzukunft

Fujitsu und die Technische Universität Delft haben ein Quantenlabor gegründet. Dieses befindet sich an der TU Delft und soll die Entwicklung von Quantencomputingtechnologien weiterbringen. [...]

Der Name des gemeinsamen Quantenlabs lautet „Fujitsu Advanced Computing Lab Delft“ und soll ein Zentrum für die Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft sein, das sich der gemeinsamen Entwicklung von Quantencomputingtechnologien widmet. Es ist am weltweit führenden Forschungsinstitut für Quantentechnologie QuTech angesiedelt und Teil der Initiative Fujitsu Small Research Lab.

QuTech wurde 2015 von der TU Delft und der Niederländischen Organisation für Angewandte Wissenschaftliche Forschung (TNO) formell gegründet. Geforscht wird dort an der Entwicklung eines skalierbaren Prototyps eines Quantencomputers und eines inhärent sicheren Quanteninternets , das auf den grundlegenden Gesetzen der Quantenmechanik basiert.

Das Fujitsu Small Research Lab wiederum ist eine Initiative, mit Hilfe derer Durchbrüche, die über die Ergebnisse gewöhnlicher gemeinsamer Forschung hinausgehen, erzielt werden sollen. Sie will zur Lösung gesellschaftlicher Probleme beizutragen und gleichzeitig die gemeinsame Forschung zu beschleunigen, neue Forschungsthemen zu identifizieren, Talente zu entwickeln und mittel- bis langfristige Beziehungen zu Universitäten aufzubauen. Dabei sind Fujitsu-Forscher in Technologie-Inkubatoren an Universitäten in Japan und international tätig, und jetzt eben auch in Delft.

Zusammenarbeit mit Fokus auf Diamand-Spin-Quantentechnologie

Ein ausgewiesenes Ziel der Kooperation ist es, die Forschung und Entwicklung im Bereich des Diamond-Spin-Quantencomputers zu beschleunigen. An der Entwicklung dieser Technologie arbeiten Fujitsu und die TU Delft bereits seit Oktober 2020, um eine Blaupause für künftige, modulare Quantencomputer zu erschaffen, die über 1.000 Qubits hinaus skalieren können. Schon bisher mit großem Erfolg: dem weltweit ersten fehlertoleranten Betrieb von Spin-Qubits in einem Diamant-Quantenprozessor unter Verwendung der Diamant-NV-Center-Methode. (Anm.: Das NV-Zentrum ist ein Defekt, der aus einer Leerstelle im Diamantgitter neben einem Stickstoffatom besteht, wo sich normalerweise ein Kohlenstoffatom befindet.)

Auch weiterhin werden Fujitsu und die TU Delft daran arbeiten, die Leistung von Qubits zu verbessern, indem sie SnV-Zentren (Anm.: SnV-Zentrum ist ein Defekt, der aus einer Leerstelle im Diamantgitter neben einem Zinn (Sn) besteht, wo sich normalerweise ein Kohlenstoffatom befindet), die als Hochleistungs-Diamant-Spins immer mehr Beachtung finden, in skalierbare nanophotonische Bauelemente mit effizienter Einzelphotonenkopplung integrieren (arXiv: 2311.12927). Darüber hinaus wollen die beiden Partner die Entwicklung praxisnaher Quantenanwendungen weiter vorantreiben und an der Realisierung innovativer Technologien für die Strömungssimulation arbeiten. Diese setzen auf die Anwendung von Quantencomputing auf dem Gebiet der numerischen Strömungsmechanik, wo umfangreiche und komplexe Berechnungen eine ständige Herausforderung darstellen.

Zunächst wurde eine gemeinsame Forschung für den Zeitraum von 25. Jänner 2024 bis 30. September 2028 vereinbart.

Übersicht über die Forschungsinhalte

• Grundlagenforschung und Entwicklung von Quantencomputern mit Spin-Qubits auf Diamantbasis.
• Entwicklung eines Konzepts für skalierbare modulare Quantencomputer unter Verwendung von Diamand-Spin-Qubits mit hoher Stabilität und optischer Konnektivität.
• Überprüfung der Wirksamkeit des oben genannten Ansatzes durch Demonstration der Funktionsweise von Quantenalgorithmen unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Diamand-Spin-Qubits und durch die Entwicklung von Bauelementen und integrierten Prozesstechnologien, die für die Implementierung auf dem Chip erforderlich sind.
• Forschung über die Anwendung der Quanteninformatik auf dem Gebiet der numerischen Strömungsmechanik.
• Entwicklung von Anwendungen, die umfangreiche, schnelle und komplexe Berechnungen im Bereich der Strömungsmechanikermöglichen.
• Entwicklung von Quantenalgorithmen für Strömungsmechanik-Simulationen unter verschiedenen Bedingungen und Überprüfung ihrer Effektivität durch Demonstration anhand realer Probleme, einschließlich aerodynamischer Entwürfe für Flugzeuge der nächsten Generation.
• Realisierung einer innovativen Strömungsmechanik-Technologie für die fehlertolerante Quantenberechnung (FTQC=fault-tolerant quantum computation), die eine hochpräzise Vorhersage von Teilchenbewegungen über einen großen räumlichen Bereich ermöglicht, der für die Lösung realer Probleme erforderlich ist; Ausweitung des Forschungsbereichs zur Stärkung der für praktische Anwendungen erforderlichen peripheren Technologien.

Aufteilung der Verantwortlichkeiten

• Grundlagenforschung und Entwicklung von Quantencomputern mit Spin-Qubits auf Diamantbasis
  • Fujitsu: F&E der Implementierungstechnologie, die für den Bau von Quantencomputersystemen erforderlich ist
  • TU Delft: Proof-of-Principle-Tests von Qubit-Bauelementen und FuE von Quantenkontrollprotokollen
• Forschung über die Anwendung der Quantencomputertechnologie auf dem Gebiet der numerischen Strömungsmechanik (CFD)
  • Fujitsu: Leistungsbewertung und Demonstrationsversuche für reale Probleme auf Quantencomputer-Simulatoren und frühen FTQC-Systemen
  • TU Delft: Entwicklung und Implementierung eines hochleistungsfähigen Quanten-CFD-Lösers, Konstruktion eines hybriden Berechnungsrahmens (Quantencomputer – Klassische Architektur) für die aerodynamische Designoptimierung

Weitere Infos finden Interessierte auf den Websites des Fujitsu Small Research Lab und von QuTech.