Pressemitteilungen

Die Weiterentwicklung skalierbarer Festkörper-Quantencomputer von Materialien bis hin zu Quantenprozessoren und -simulatoren – das ist das ehrgeizige Projektziel des europäischen Verbundprojekts »SPINUS«. Bei ihrem jährlichen Treffen, das im Februar in Trento, Italien, stattfand, kamen die Projektpartner zusammen, um ihre neuesten wissenschaftlichen Erfolge zu bewerten und sich auf strategische Ziele für die kommenden Projektphasen zu einigen.

Um den Einsatz von Quantensensoren in die Industrie zu fördern, hat das Fraunhofer IAF ein virtuelles Applikationslabor für Quantensensorik entwickelt. Diese innovative Informationsplattform bietet umfassende Fachinformationen zu Quantenmagnetometern, Anwendungen und Messszenarien. Zusätzlich ermöglicht sie es Interessenten aus Industrie und Forschung, interaktiv Beispielmessungen durchzuführen und so das Potenzial dieser zukunftsweisenden Technologie für ihre Anforderungen zu bewerten. Der Zugang erfolgt über die Webseite www.quantensensing.de.

Das Fraunhofer IAF erweitert seine technologischen Fähigkeiten im Bereich der III-V-Verbindungshalbleiter und leistet damit einen wertvollen Beitrag zum Aufbau der APECS-Pilotlinie im Rahmen des EU Chips Acts. Das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg beteiligt sich an der Förderung mit 4,35 Mio. Euro. Am 16. Dezember 2024 übergab Wirtschaftsstaatssekretär Dr. Patrick Rapp der Institutsleitung symbolisch einen Scheck über die Fördersumme. APECS ermöglicht es, in den kommenden 4,5 Jahren europaweit die Forschungs- und Entwicklungsinfrastruktur weiter auszubauen. Die erhebliche Gesamtförderung beträgt 730 Mio. Euro, bereitgestellt durch Chips Joint Undertaking, das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und weitere Förderungen.

Die Pilotlinie für »Advanced Packaging and Heterogeneous Integration for Electronic Components and Systems« (kurz APECS) ist ein wichtiger Baustein des EU Chips Act, um Chiplet-Innovationen voranzutreiben und die Forschungs- und Fertigungskapazitäten für Halbleiter in Europa zu erhöhen. Die in der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) kooperierenden Institute arbeiten eng mit weiteren europäischen Partnern am Aufbau der APECS-Pilotlinie und leisten damit maßgeblich einen Beitrag, Europas technologische Resilienz zu stärken und somit auch die globale Wettbewerbsfähigkeit in der Halbleiterindustrie zu steigern.

Im Dezember 2024 haben die Institute Fraunhofer IAF und HHI gemeinsam mit LG Electronics ihre globale Führungsrolle in der drahtlosen Sub-THz-Netzwerktechnologie für 6G erneut unter Beweis gestellt: Nach den Erfolgen im Jahr 2022 führten sie den weltweit ersten Versuch von D-Band-Hybrid-Beamforming (Strahlsteuerung) mit zweikanaligen analogen Beamforming-Front-Ends durch und erreichten damit einen neuen Meilenstein in der Breitband-Datenübertragung bei 160 GHz. Durch diesen technologischen Fortschritt können robuste Verbindungen trotz Unterbrechung der Sichtverbindung unterstützt und gleichzeitig mehrere Nutzer effizient versorgt werden.

Quantum Brilliance, ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich der diamantbasierten Quantentechnologie, gab heute den ersten Kauf eines Raumtemperatur-Quantenbeschleunigers auf dem europäischen Markt durch das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF bekannt, nachdem das Unternehmen an einer öffentlichen Ausschreibung teilgenommen hatte.

Geringerer Kühlbedarf, längere Operationszeiten, kleinere Fehlerraten: Quantencomputer auf Basis von Spin-Qubits in Diamant versprechen wesentliche Vorteile gegenüber konkurrierenden Quantencomputing-Technologien. Dem vom Fraunhofer IAF koordinierten Konsortium des BMBF-Projekts »SPINNING« ist es gelungen, die Entwicklung Spin-Photon-basierter Quantencomputer entscheidend voranzubringen. Am 22. und 23. Oktober 2024 präsentierten die Partner die bisherigen Projektergebnisse im Rahmen des Mid-Term-Meetings der BMBF-Fördermaßnahme »Quantencomputer-Demonstrationsaufbauten« in Berlin.

Die Messung winziger Magnetfelder, wie sie etwa durch Hirnströme erzeugt werden, eröffnet der medizinischen Diagnostik und Behandlung viele neue Möglichkeiten. Das Forschungsteam um Dr. Jan Jeske am Fraunhofer IAF arbeitet an einem weltweit neuartigen Ansatz zur präzisen Magnetfeldmessung: der Laserschwellen-Magnetometrie. Nun haben die Forschenden ein NV-Diamant und eine Laserdiode in einem Resonator kombiniert und damit das Sensorsystem mit zwei aktiven Medien erstmals erfolgreich demonstriert. Diese herausragende Arbeit wurde in Science Advances veröffentlicht und markiert einen bedeutenden Fortschritt im BMBF-geförderten Forschungsprojekt »NeuroQ«.

Die Schlüsseltechnologie Quantencomputer voranbringen: Das ist die Mission des Kompetenzzentrums Quantencomputing Baden-Württemberg (KQCBW), das in seine nächste Phase geht.

Erstmals genaue Wetterdaten für die Arktis erheben und weltweit Vorhersagen sowie Klimabeobachtungen verbessern – das ist die Aufgabe des Arctic Weather Satellite, den die ESA Mitte August auf den Weg zu seiner erdnahen Umlaufbahn geschickt hat. Das hochmoderne Mikrowellenradiometer, das er dafür nutzt, enthält vier rauscharme Verstärker des Fraunhofer IAF mit weltweit führender InGaAs-mHEMT-Technologie. Auf der EuMW 2024 in Paris präsentiert das Freiburger Institut vom 24. bis zum 26. September Ausstellungsexemplare der im AWS verbauten Verstärker ebenso wie weitere Hochfrequenzelektronik aus den Anwendungsbereichen Satellitenkommunikation, Mobilfunk oder Tieftemperatur-Messtechnik.

Mit zunehmend steigenden Datenraten im Mobilfunk wächst auch der Bedarf an leistungsfähigerer hochfrequenzelektronischer Hardware. Das gilt besonders für satellitengestützte globale Kommunikationsnetzwerke, die bei allen Wetterbedingungen und an jedem Ort zuverlässig und sicher funktionieren müssen. Im Projekt »Magellan« entwickeln Forschende des Fraunhofer IAF gemeinsam mit UMS und TESAT im Auftrag der ESA deshalb bis 2027 neuartige effiziente GaN-Transistoren und -Hochleistungsverstärker für LEO- und GEO-Kommunikationssatelliten mit hohem Datendurchsatz.

Forschende des Fraunhofer IAF haben einen Durchbruch im Bereich der Halbleitermaterialien erzielt: Mit Aluminiumyttriumnitrid (AlYN) ist es ihnen gelungen, ein neues und vielversprechendes Halbleitermaterial mit dem MOCVD-Verfahren herzustellen und zu charakterisieren. Aufgrund seiner hervorragenden Materialeigenschaften und seiner Anpassungsfähigkeit an Galliumnitrid (GaN) besitzt AlYN ein enormes Potenzial für den Einsatz in energieeffizienter Hochfrequenz- und Hochleistungselektronik für Informations- und Kommunikationstechnologien.

Das Projekt »ARCTIC« bringt 36 internationale Partner aus Industrie, Wissenschaft und führenden Forschungseinrichtungen zusammen, um eine vollständige und umfassende europäische Lieferkette für eine skalierbare, zuverlässige und innovative Steuerungsinfrastruktur für kryogene Quantenprozessoren aufzubauen. Die deutschen Institute Fraunhofer IPMS und Fraunhofer IAF bringen dabei ihre umfangreiche Kompetenz in der Charakterisierung von elektronischen Komponenten ein.

Leistungsstarke und zugleich energieeffiziente elektronische Bauelemente bilden eine technologische Säule der Energiewende. Sie tragen dazu bei, Anwendungen wie Elektromobilität, Energiewirtschaft oder elektronische Klimatisierungstechnologien flächendeckend alltagstauglich zu machen. Das Fraunhofer IAF unterstützt diese Transformation, indem es neuartige Technologien für laterale und vertikale GaN-Transistoren mit Sperrspannungen über 1200 V entwickelt. Die Vorteile und den aktuellen Entwicklungsstand dieser GaN-Technologien präsentiert das Institut auf der PCIM Europe 2024 vom 11. bis 13. Juni 2024 in Nürnberg.

Seit dem 1. April 2024 wird das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF erstmals von einer Doppelspitze geführt: Dr. Patricie Merkert, bislang als Managing Director für Innovation & Technologies bei der E.G.O.-Gruppe tätig, und Prof. Dr. Rüdiger Quay, der das Institut seit 2022 kommissarisch geleitet hat, bilden nun das Leitungsteam des Freiburger Forschungsinstituts.

Quantencomputer vernetzen und ihre Leistungsfähigkeit erhöhen, Kommunikationskanäle abhörsicher verschlüsseln oder Atomuhren synchronisieren, um hochgenaue Zeitmessungen für Satellitennavigation oder wissenschaftliche Experimente durchzuführen: Das Quanteninternet verspricht signifikante Verbesserungen in verschiedenen technologischen Schlüsselbereichen. Um das Quanteninternet im bestehenden Glaserfasernetz zu realisieren, sind jedoch Quantenfrequenzkonverter nötig, die die Wellenlänge von Photonen an das Telekomband (1550 nm) anpassen können. Das Fraunhofer IAF hat einmodige GaSb-Scheibenlaser mit Bestwert-Ausgangsleistungen von bis zu 2,4 W entwickelt, die als rauscharme Pumpquelle Quantenfrequenzkonversion ermöglichen.

Im Januar 2024 startete ein neues, von »Horizont Europa« finanziertes Projekt, das die Forschung auf dem Gebiet des festkörper-basierten Quantencomputings bedeutend voranbringen soll. Das Projekt »SPINUS« zielt darauf ab, experimentelle Plattformen auf der Grundlage von Festkörper-Spin-Qubits für Quantensimulationen und Quantencomputer zu schaffen.

Quantenmagnetometer sind in der Lage, winzige Schädigungen in ferromagnetischen Materialien aufzuspüren und sichtbar zu machen. In der Luft- und Raumfahrttechnik oder der Automobilindustrie können sie dazu beitragen, die Resilienz und Sicherheit von Systemen und Werkstoffen erheblich zu steigern. Zu diesem Ergebnis sind Forschende im kürzlich beendeten Fraunhofer-Leitprojekt »QMag« gekommen. Darüber hinaus haben sie den Einsatz von Quantenmagnetometern in der Biomedizin, Durchflussmessung und der Chipherstellung untersucht.

HQS Quantum Simulations liefert im Auftrag der Institute Fraunhofer IAF und ICT Setups zur Simulation chemischer Systeme wie metallorganischer Gerüstverbindungen (metal-organic frameworks, MOFs) auf Quantencomputern. Im Rahmen des QC4BW-Projekts wird ein diamantenbasierter Quantenprozessor entwickelt, dessen Leistungsfähigkeit unter anderem mit Hilfe der quanten-chemischen Berechnungen bewertet wird.

Die Entstehung von Tumoren beginnt mit winzigen Veränderungen innerhalb einzelner Körperzellen, und bei der Leistungsfähigkeit von Batterien sind Ionenbewegungen auf kleinster Ebene entscheidend. Bisher ist die Auflösung der gängigen bildgebenden Verfahren aber zu gering, um diese Prozesse im Detail darstellen zu können. Ein Forschungsteam unter der Leitung der Technischen Universität München (TUM), der dem auch das Fraunhofer IAF gehört, hat Diamant-Quantensensoren entwickelt, die als hochauflösende Kernspintomografen eingesetzt werden könnten.