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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.