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Quantencomputer „made in Germany“: Quantum Brilliance ist Kommerzialisierungspartner im BMBF-geförderten Forschungsprojekt „Spinning“

Quantencomputer – Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt Quantencomputing-Projekt mit mehr als 16 Millionen Euro

– Fraunhofer IAF leitet Vorhaben zur Entwicklung eines Demonstrators für einen Quantencomputer inklusive Möglichkeit zur Anbindung an herkömmliche Computersysteme

STUTTGART, 8. März 2022 — Quantum Brilliance, deutsch-australischer Hersteller von innovativer Quantencomputing-Hardware, ist der Kommerzialisierungspartner im Verbundprojekt „Spinning – Spin-Photon-basierter Quantencomputer auf Diamantbasis“: Unter der Leitung des Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF entwickeln 28 renommierte Experten aus Wissenschaft und Wirtschaft einen Demonstrator für einen Quantencomputer „made in Germany“ und die nötige Peripherie, um ihn an herkömmliche Computersysteme anzubinden. Der kompakte, skalierbare Quantenprozessor wird auf Spin-Qubits in synthetischem Diamant basieren. Die neue Hardware soll sich insbesondere durch längere Operationszeiten, geringe Fehlerraten sowie einen zuverlässigen Betrieb auszeichnen – und das bei einem geringen Kühlbedarf. Damit ließe er sich in unmittelbarer Nähe zu klassischen Computersystemen einsetzen. Perspektivisch berechnet dieser Quantenprozessor zudem die Produkte aus hochkomplexen quantenchemischen Reaktionen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit mehr als 16 Millionen Euro gefördert, und die Laufzeit beträgt drei Jahre. Der entsprechende Projektsteckbrief findet sich hier. Als Kommerzialisierungspartner achtet Quantum Brilliance auf die Anforderungen aus der Wirtschaft und hat breite Einsatzszenarien sowie die Nutzbarkeit in der Praxis konsequent im Auge.

Spin-Qubits aus synthetischem Diamant

Für die Entwicklung des Quantenprozessors mit Spin-Qubits aus synthetischem Diamant werden gezielt implantierte Stickstoffatome (NV-Zentren) im Diamantgitter genutzt. Diese fungieren als Rechnerknoten, zwischen denen durch Licht die Quanteneigenschaften übertragen werden. Dadurch soll auch die Grundlage für eine spätere Skalierung gelegt werden. Das erste Modell soll mit bis zu 10 Qubits arbeiten, spätere mit 100 Qubits und mehr. Insgesamt zeichnet sich das Design durch höchste Konnektivität und eine flexible Konfigurierbarkeit aus. Eine Presseinformation des Fraunhofer IAF zum Projekt gibt es hier.

„Ziel unserer Arbeiten ist es unter anderem, einen zuverlässigen Betrieb eines solchen innovativen Quantencomputers sicherzustellen und eine Peripherie zu schaffen, um die Rechenleistung für eine breite Gruppe von Anwendern, beispielsweise per Cloud-Computing, zur Verfügung zu stellen“, erläutert Prof. Dr. Rüdiger Quay, Projektkoordinator von „Spinning“ und geschäftsführender Institutsleiter des Fraunhofer IAF.

„Wir freuen uns, Teil dieses spannenden vom BMBF geförderten und unter der Leitung von Fraunhofer IAF durchgeführten Projekts zu sein. Quantencomputing ist eines der zentralen Zukunftsthemen – mit einem Potenzial, das seinesgleichen sucht. Deutschland bietet mit seiner Forschungslandschaft, der ansässigen Industrie und der Förderung der öffentlichen Hand die perfekten Voraussetzungen, um einen – wenn nicht sogar den – Spitzenplatz in dieser zukunftsträchtigen Branche zu besetzen“, erklärt Mark Mattingley-Scott, Europachef von Quantum Brilliance. „Jetzt ist es wichtig, die Erkenntnisse der Forschung in kommerziellen Produkten und Lösungen zu denken und auch umzusetzen. Damit die Ergebnisse und jeder investierte Euro der öffentlich geförderten Forschung dem Standort Deutschland zugutekommen und einen hohen Nutzen für Gesellschaft und Wirtschaft bringen. Die Kommerzialisierung und praktische Nutzbarkeit der Quantentechnologie stehen jetzt immer mehr im Fokus.“

Projektpartner

Unter der Leitung des Freiburger Fraunhofer IAF arbeiten neben Quantum Brilliance sechs Universitäten, zwei gemeinnützige Forschungseinrichtungen, vier industriellen Unternehmen (KMU und Spin-offs) und vierzehn assoziierten Partnern (zehn davon sind Unternehmen) am Spinning-Projekt. Alle Beteiligten sind hochaktiv auf dem Gebiet der vorwettbewerblichen Hardware-, Firmware- und Software-Entwicklung.

— Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF (Koordinator)

— Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB

— Forschungszentrum Jülich GmbH

— Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

— Universität Konstanz

— Universität Heidelberg

— Technische Universität München

— Universität Ulm

— Diamond Materials GmbH, Freiburg im Breisgau

— NVision Imaging Technologies GmbH, Ulm

— Qinu GmbH, Karlsruhe

— Universität Stuttgart

— Quantum Brilliance GmbH, Stuttgart

— Swabian Instruments GmbH, Stuttgart

— 14 assoziierte Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

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Über das Fraunhofer IAF
Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF ist eine der weltweit führenden Forschungseinrichtungen auf den Gebieten der III/V-Halbleiter und des synthetischen Diamanten. Auf Basis dieser Materialien entwickelt das Fraunhofer IAF Bauelemente für zukunftsweisende Technologien, wie elektronische Schaltungen für innovative Kommunikations- und Mobilitätslösungen, Lasersysteme für die spektroskopische Echtzeit-Sensorik, neuartige Hardware-Komponenten für Quantencomputer sowie Quantensensoren für industrielle Anwendungen. Mit seinen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten deckt das Freiburger Forschungsinstitut die gesamte Wertschöpfungskette ab – angefangen bei der Materialforschung über Design und Prozessierung bis hin zur Realisierung von Modulen, Systemen und Demonstratoren.
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Baden-Württembergischer Ministerpräsident Winfried Kretschmann besucht Europazentrale von Quantum Brilliance in Stuttgart

Baden-Württembergischer Ministerpräsident Winfried Kretschmann besucht Europazentrale von Quantum Brilliance in Stuttgart — Winfried Kretschmann informiert sich vor Ort über Stand der Technik und wirtschaftliche Potenziale des Quantencomputings

— Aufbau und Förderung eines Clusters „Quantum Valley BW“ könnte Wirtschaftsstandort weiter stärken

— Zusammenarbeit von Quantum Brilliance, Fraunhofer IAF und Universität Ulm bringt Quantencomputing in Baden-Württemberg voran

STUTTGART, 21. Januar 2022 — Quantum Brilliance, deutsch-australischer Hersteller von innovativer Quantencomputing-Hardware, konnte am 20. Januar 2022 einen prominenten Gast in seiner kürzlich eröffneten Stuttgarter Europazentrale begrüßen: Der baden-württembergische Ministerpräsident Winfried Kretschmann stattete Europachef Mark Mattingley-Scott einen Besuch ab, um sich vor Ort über die Arbeit des Unternehmens zu informieren. Quantum Brilliance arbeitet eng mit dem in Freiburg ansässigen Fraunhofer Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF und der Universität Ulm zusammen. In Baden-Württemberg entsteht ein schlagkräftiges Cluster für die Weiterentwicklung und Kommerzialisierung dieser zukunftsweisenden Technologie.

Quantencomputing als Schlüssel zur Lösung ökologischer Herausforderungen

Ministerpräsident Winfried Kretschmann zeigte sich im Vor-Ort-Gespräch besonders interessiert am möglichen Beitrag von diamantbasierten Quantencomputern zur Lösung ökologischer Herausforderungen. Quantum-Brilliance-Manager Mark Mattingley-Scott hob unter anderem die herausragenden Möglichkeiten für Forschung und Entwicklung rund um Quantencomputing am Wirtschaftsstandort Baden-Württemberg hervor – und auch die exzellenten Bedingungen für die zukünftige Produktion von Quantencomputern. Darüber hinaus wurden existierende Probleme beim Aufbau der Produktions-Infrastruktur und insbesondere der Bereitstellung der erforderlichen Rohdiamanten diskutiert und Lösungsmöglichkeiten erörtert, wie etwa den Aufbau eines „Quantum Valley BW“ in Baden-Württemberg. Diskutiert wurde auch darüber, wie insbesondere für Start-ups der Schutz des geistigen Eigentums ist – und zusammen mit der Integration von hoch qualifizierten Talenten ein wesentlicher Punkt für den Erfolg der Quantentechnologie in Baden-Württemberg und in ganz Deutschland.

Quantencomputing auf Basis künstlicher Diamanten

Quantum Brilliance gehört zu den Pionieren beim Einsatz synthetisch erzeugter Diamanten im Quantencomputing. Der Vorteil gegenüber anderen Ansätzen: Quantencomputing auf Basis künstlicher Diamanten funktioniert auch bei Raumtemperatur. Andere technische Ansätze erfordern eine energie- und platzintensive Kühlung, beispielsweise mit flüssigem Helium. Zudem lassen sich mithilfe von Diamantsubstraten Quantenbeschleuniger in kleinen Formfaktoren herstellen, die überall eingesetzt und auch in klassischen Rechensystemen bereitgestellt werden können. Dies ist eine Grundvoraussetzung für die Kommerzialisierung der Technologie und den Schritt aus dem Labor in die Praxis. Die erste entsprechende Produktgeneration von Quantum Brilliance hat bereits Marktreife erreicht, in der Größe eines 19-Zoll-Server-Rack-Moduls. Die nächsten Miniaturisierungsschritte stehen unmittelbar bevor. Dann sollen die Quantenrechner nur noch so groß sein wie eine Brotdose.
Der baden-württembergische Ministerpräsident Winfried Kretschmann stattete Europachef Mark Mattingley-Scott einen Besuch ab

„Start-ups wie Quantum Brilliance sind echte Disruptoren“, erklärt Ministerpräsident Winfried Kretschmann. „Mit der bahnbrechenden Technologie des Unternehmens können quantenbasierte Geschäftsmodelle künftig in der Breite genutzt werden. Und das ohne aufwändige Kühlung. Dass die wissenschaftliche Grundlage dafür in Baden-Württemberg gelegt wurde, freut mich sehr. Wir müssen die Exzellenz unserer Forschungseinrichtungen und die Innovationskraft unserer Unternehmen schlagkräftig bündeln. Dazu werden wir in Baden-Württemberg ein Cluster für Quantentechnologien bilden.“

„Mit dem Quantencomputing stoßen wir die Tür in ein neues Computerzeitalter auf“, betont Dr. Mark Mattingley-Scott, Europachef von Quantum Brilliance. „Anstelle eines binären, also aus Einsen und Nullen bestehenden Rechensystems, arbeitet das Quantencomputing mit quasi unendlich vielen Variablen. So werden ungleich komplexere und schnellere Rechenleistungen möglich. Deutschland mit seiner einzigartigen Forschungs- und Universitätslandschaft ist geradezu prädestiniert dafür, in diesem Zukunftsmarkt die führende Position einzunehmen. Wenn jetzt die richtigen Weichenstellungen erfolgen, dann kann das Quantencomputing in der deutschen Wirtschaft irgendwann den Stellenwert übernehmen, den heute die Automobilindustrie innehat. Ich freue mich, dass sowohl die Landesregierung als auch die Bundespolitik dies erkannt haben und das Quantencomputing mit entsprechender Priorität behandeln.“

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Quantum Brilliance, Fraunhofer IAF und Universität Ulm starten BMBF-gefördertes Forschungsprojekt zur Entwicklung neuer Techniken für die Herstellung von Hochleistungs-Quantenmikroprozessoren

Quantum Brilliance, Fraunhofer IAF und Universität Ulm starten BMBF-gefördertes Forschungsprojekt zur Entwicklung neuer Techniken für die Herstellung von Hochleistungs-Quantenmikroprozessoren — Kooperationsprojekt „Deutsche Brilliance“ schafft Grundlagen für Kommerzialisierung von Quantencomputing und stärkt Deutschlands führende Position in diesem Markt

— Förderung durch Bundesministerium für Bildung und Forschung in Höhe von circa 15 Millionen Euro

STUTTGART, 19. Januar 2022 — Quantum Brilliance, deutsch-australischer Hersteller von innovativer Quantencomputing-Hardware, das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF und die Universität Ulm haben ein gemeinsames Forschungsprojekt zur Entwicklung neuer Techniken für die Herstellung und Steuerung diamantbasierter Quantenmikroprozessoren gestartet. Ziel der mit einem Gesamtvolumen von 19,9 Millionen Euro ausgestatteten Kooperation „Deutsche Brilliance“ (DE-Brill) ist es, bis 2025 zwei zentrale Herausforderungen rund um diamantbasierte Quantencomputer zu lösen: erstens die Entwicklung eines Verfahrens für die definierte Platzierung von Stickstoffatomen im Diamant-Kristallgitter zur Herstellung von Quantenmikroprozessoren. Zweitens sollen neue Verfahren für die selektive Initialisierung, das Auslesen und die Manipulation von Qubits in Quantencomputern mit vielen Prozessorknoten gefunden werden. Beide Aspekte bilden wichtige Meilensteine auf dem Weg hin zu einer Kommerzialisierung der Quantencomputing-Technologie. Das Projekt wird zu 74,8 Prozent durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Der entsprechende Projektsteckbrief findet sich hier.

Quantum Brilliance arbeitet am Fraunhofer-IAF-Standort in Freiburg
Das Fraunhofer IAF und Quantum Brilliance arbeiten im Rahmen von DE-Brill eng zusammen. Um die Anlageninfrastruktur am Standort Freiburg bestmöglich zu nutzen und kurze Austauschzyklen zu gewährleisten, kann ein Team von Quantum Brilliance dafür exklusiv institutseigene Kapazitäten nutzen.

Deutschland und Quantum Brilliance: Position beim Quantencomputing sichern
Das Forschungsprojekt spielt eine wichtige Rolle dabei, sowohl dem Wirtschaftsstandort Deutschland als auch dem Unternehmen Quantum Brilliance eine nachhaltig starke Position auf dem entstehenden globalen Markt für Quantencomputing zu sichern. „Deutschland verfügt mit seiner Forschungsinfrastruktur und dem Know-how seiner Ingenieure über weltweit einmalige Rahmenbedingungen für das Entwickeln und Produzieren von Quantentechnologie“, erklärt Dr. Mark Mattingley-Scott, Europachef von Quantum Brilliance. „Zudem hat auch die deutsche Politik die Bedeutung des Themas verstanden und fördert die wichtige Grundlagenforschung konsequent. Aus diesem Grund haben wir von Quantum Brilliance kürzlich unsere Europazentrale in Stuttgart eröffnet und setzen auf Kooperationen mit den hiesigen Forschungseinrichtungen, um in Zukunft ganz vorn dabei zu sein, wenn es um die Kommerzialisierung von Hochleistungs-Quantenmikroprozessoren geht.“

Zukunft mit synthetischen Diamanten
Quantum Brilliance gehört zu den Pionieren beim Einsatz synthetisch erzeugter Diamanten im Quantencomputing. Gezielt in Diamanten implementierte „Unreinheiten“ – sogenannte NV-Zentren, bei dem ein Stickstoffatom den Platz eines Kohlenstoffatoms im Kristallgitter einnimmt und so am Platz eines benachbarten Kohlenstoffatoms eine Leerstelle entsteht – werden dabei für die Erzeugung von Qubits genutzt, den elementaren Recheneinheiten eines Quantencomputers. Vorteil gegenüber anderen Ansätzen ist, dass die Quanteneigenschaften dank der Stabilität der Diamanten robust erhalten bleiben – sogar bei Raumtemperatur. Im Gegensatz zu Quantencomputing-Technologien, die nach wie vor eine energieintensive Kühlung, beispielsweise mit flüssigem Helium, erfordern, lassen sich auf Basis synthetischer Diamanten Quantenbeschleuniger in kleinen Formfaktoren herstellen, die überall eingesetzt werden können. Auf diese Weise lässt sich Quantenrechenleistung in klassischen Rechensystemen bereitstellen – eine Grundvoraussetzung für die Kommerzialisierung der Technologie und den Schritt aus dem Labor in die Praxis. Die erste entsprechende Produktgeneration von Quantum Brilliance hat bereits Marktreife erreicht, in der Größe eines 19-Zoll-Server-Rack-Moduls. Die nächsten Miniaturisierungsschritte stehen unmittelbar bevor. Dann sollen die Quantenrechner nur noch so groß sein wie eine Brotdose.

Im Rahmen der Kooperation entwickeln Fraunhofer IAF und Quantum Brilliance gemeinsam Präzisionsfertigungstechniken zur Herstellung skalierbarer Arrays aus Diamant-Qubits. Darüber hinaus wird das Fraunhofer IAF an Wachstumsprozessen für Diamantsubstrate höchster Reinheit und Qualität arbeiten. Parallel dazu entwickelt ein Team am Institut für Quantenoptik der Universität Ulm skalierbare Auslese- und Steuerungstechniken für diamantbasierte Qubits, mit denen sich diese präzise kontrollieren lassen.

„Der in diesem Projekt verfolgte Ansatz der gezielten Platzierung von NV-Zentren ist bislang einmalig und ein entscheidender Schritt zur Skalierung von NV-Arrays für die Anwendung im Quantencomputing“, erklärt Dr. Ralf Ostendorf, Projektleiter aufseiten des Fraunhofer IAF. „DE-Brill wird aus diesem Grund auch dazu beitragen, die Technologie im Hinblick auf zukünftige Forschungsprojekte sowie den industriellen Einsatz in Bereichen der Sensorik, Bildgebung oder Kommunikation weiterzuentwickeln.“

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Über das Fraunhofer IAF
Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF ist eine der weltweit führenden Forschungseinrichtungen auf den Gebieten der III/V-Halbleiter und des synthetischen Diamanten. Auf Basis dieser Materialien entwickelt das Fraunhofer IAF Bauelemente für zukunftsweisende Technologien, wie elektronische Schaltungen für innovative Kommunikations- und Mobilitätslösungen, Lasersysteme für die spektroskopische Echtzeit-Sensorik, neuartige Hardware-Komponenten für Quantencomputer sowie Quantensensoren für industrielle Anwendungen. Mit seinen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten deckt das Freiburger Forschungsinstitut die gesamte Wertschöpfungskette ab – angefangen bei der Materialforschung über Design und Prozessierung bis hin zur Realisierung von Modulen, Systemen und Demonstratoren.
https://www.iaf.fraunhofer.de

Über Quantum Brilliance
Quantum Brilliance wurde 2019 gegründet und ist ein wagniskapitalfinanzierter australisch-deutscher Hersteller von Quantencomputing-Hardware. Das Unternehmen bietet Quantenbeschleuniger aus synthetischen Diamanten sowie ein Set aus Softwaretools und Applikationen. Die Vision ist, einen breiten Einsatz von Quantenbeschleunigern zu ermöglichen – um Unternehmen in die Lage zu versetzen, Edge-Computing-Anwendungen und Supercomputer der nächsten Generation zu nutzen. Quantum Brilliance unterhält Partnerschaften in Nordamerika, Europa sowie im asiatisch-pazifischen Raum und arbeitet mit Regierungen, Supercomputing-Centern, Forschungseinrichtungen und führenden Köpfen aus der IT-Industrie zusammen.

Quantum Brilliance GmbH
Dr. Mark Mattingley-Scott
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