Quantenhardware Imec und Diraq demonstrieren Acht-Qubit-Array aus industrieller Siliziumfertigung

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Imec und das Quantencomputing-Halbleiter-Startup Diraq haben erstmals den kohärenten Betrieb eines in einem 300-mm-CMOS-Prozess gefertigten Arrays aus acht Silizium-MOS-Spin-Qubits demonstriert. Das belgische Forschungsinstitut hat damit gezeigt, dass eine skalierbare und wirtschaftliche Fertigung für die Herstellung von Quantencomputern mit Hilfe konventioneller, bestehender Foundry-Prozesse machbar ist.

Die Bauelemente entstanden auf der 300-mm-Spin-Qubit-Technologieplattform von Imec in einem CMOS-kompatiblen Foundry-Prozess. Die in „Nature Communications“ veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass sich Silizium-Quantenprozessoren mit industriellen Halbleiterverfahren über Ein- und Zwei-Qubit-Strukturen hinaus skalieren lassen.

Vor allem der Fertigungsansatz ist für den Demonstrator entscheidend. Man habe damit gezeigt, dass die Produktion von Silizium-Spin-Qubits grundsätzlich auf bestehende Prozessinfrastrukturen, Lieferketten und das Know-how der industriellen Halbleiterfertigung zurückgreifen können, heißt es in einem Statement des belgischen Forschungsintututs. Imec entwickelt seine Plattform seit fast zehn Jahren mit dem Ziel, die Lücke zwischen spezialisierten Labordemonstratoren und reproduzierbar herstellbaren Quantenbauelementen zu schließen.

Die aktuelle Arbeit baut auf Ergebnissen aus dem Jahr 2025 auf. Damals hatten Imec und Diraq gezeigt, dass industriell gefertigte Silizium-MOS-Qubits Genauigkeitswerte erreichen können, die für Verfahren zur Quantenfehlerkorrektur erforderlich sind. Mit dem Acht-Qubit-Array überträgt das Team diesen Ansatz nun auf eine größere Struktur, ohne die für künftige Quantenprozessoren erforderliche Kohärenz und Steuerbarkeit aufzugeben.

Auslesearchitektur wächst nicht proportional mit

Ein entscheidender Punkt ist die Skalierung der Auslesearchitektur. Nach Angaben der Partner erfordert das größere Array keine wesentliche Erhöhung der Zahl der Sensoren, der Verdrahtungsdichte oder der thermischen Belastung. Dadurch könnten die Strukturen auch bei steigender Qubit-Zahl vergleichsweise kompakt bleiben. Gerade bei hochintegrierten Quantenprozessoren ist dies eine wichtige Voraussetzung, da zusätzliche Leitungen, Sensoren und Verlustleistung die Systemarchitektur schnell begrenzen können.

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„Die Zukunft des Quantencomputings hängt nicht nur von der Qualität der Qubits ab, sondern auch von der Fähigkeit, zunehmend komplexe Quantenprozessoren mit der Reproduzierbarkeit, Ausbeute und Skalierbarkeit der Halbleiterindustrie herzustellen“, erklärt Kristiaan De Greve, Fellow und Programmdirektor für Quantencomputing bei Imec. Die Demonstration belege, dass eine CMOS-kompatible 300-mm-Fertigung Quantensysteme unterstützen kann, die über isolierte Qubit-Paare hinausgehen.

Auch Diraq bewertet das Ergebnis als Beleg für einen industriell tragfähigen Entwicklungspfad. Innerhalb von neun Monaten sei derselbe Fertigungsprozess zunächst für zuverlässige Silizium-MOS-Qubits und anschließend für ein größeres Array eingesetzt worden, ohne die Kohärenz zu beeinträchtigen. Für eine praktische Nutzung von Quantencomputern ist der Schritt zu acht Qubits zwar nur eine Zwischenetappe. Er zeigt jedoch, dass etablierte Foundry-Technologien eine zentrale Rolle bei der reproduzierbaren und skalierbaren Herstellung künftiger Quantenprozessoren übernehmen könnten.(sg)

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