Rechenprozesse im Bereich der Künstlichen Intelligenz oder des Edge-Computing bringen digital arbeitende Rechner zunehmend an ihre Leistungsgrenzen. In den vergangenen Jahren wurden die Grundlagen für neue technologische Ansätze wie das Quantencomputing oder neuromorphes Computing geschaffen – unter anderem in der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland FMD. Mit der Einbindung weiterer Fraunhofer-Institute, darunter Fraunhofer IPM, geht die FMD nun den nächsten Schritt in Richtung Anwendung: In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF geförderten »Modul Quanten- und neuromorphes Computing« soll die technische und strukturelle Infrastruktur geschaffen werden, um Hardware und Fertigungsmethoden für die Rechner der neuen Generation zu entwickeln.

Gezielte Optimierung von Lithiumniobat-Wellenleitern

Ein vielversprechender Ansatz für das Quantencomputing basiert auf Ionen, die als Rechenbausteine (Qubits) genutzt werden. Beim ionenbasierten Quantencomputing werden Ionen-Qubits in einer sogenannten Ionenfalle mithilfe von Laserstrahlen gehalten, manipuliert und ausgelesen. Dabei kommen bisher teure Laborlaser zum Einsatz. Für die Weiterentwicklung des ionenfallenbasierten Quantencomputings sind integriert-optische Lichtquellen mit hoher Integrationsdichte gefragt, die kostengünstig in großem Maßstab herstellbar sind. Lithiumniobat-Wellenleiter sind solche Lichtquellen: Sie bündeln zahlreiche optische Schlüsselfunktionen und eignen sich daher für das ionenfallenbasierte Quantencomputing. Fraunhofer IPM forscht intensiv auf diesem Gebiet und bringt Kompetenzen zur Simulation, Fertigung und Charakterisierung integriert-optischer Lithiumniobat-Wellenleiter in das Forschungsmodul ein.

Am Fraunhofer IPM wird im Rahmen der Forschungsinitiative eine „Focussed Ion Beam“-Anlage angeschafft, mit der bestehende Wellenleiter-Fertigungsprozesse optimiert werden sollen. Ziel ist es, optische Verluste im Wellenleiter gezielt zu reduzieren und entscheidende Wellenleiter-Komponenten mit Nanometer-Genauigkeit hochpräzise einzustellen – ein wesentlicher Schritt, um sehr komplexe photonisch-integrierte Lichtquellen zuverlässig und präzise fertigen zu können.