Auf der Quantum Photonics 2026 in Erfurt wurden Anfang Mai die Abschlussergebnisse der Forschungsarbeiten des Projekts „CoGeQ“ vorgestellt. Das Verbundprojekt „CoGeQ“ hatte sich das Ziel gesetzt, einen mobilen spinbasierten Quantenprozessor auf Basis von NV-Zentren in Diamant zu demonstrieren.
Diese NV-Zentren bilden die sogenannten Qubits, die der Quantentheorie gehorchen und bei Raumtemperatur genutzt werden können. Die meisten bisherigen Forschungen konzentrierten sich auf die prinzipielle Machbarkeit – in diesem Projekt lag der Fokus auf Skalierbarkeit der Grundlagenergebnisse einzelner Prozessschritte entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Das CiS Forschungsinstitut verantwortete den Bereich Aufbau- und Verbindungstechnik, was auch die Herstellung der Siliziuminterposer umfasste. Diese Trägerchips erlauben die komplexe und extrem dichte Verbindung mehrerer Chips (auch aus anderen Materialien), wodurch eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht wird.
Im Projekt wurde eine effiziente Montage der Schichtstapel aus Diamantchip und Interposer entwickelt. Die Grundlage dafür bildete eine Flip-Chipmontage mit Gold-Studbumps und eine Titan-Gold-Metallisierung, die eine hochpräzise Fügung des Chipstapels mit Toleranzen <5 µm ermöglichte. Die gefertigten Demonstratoren wurden mittels ODMR-Messungen (optisch detektierte Magnetresonanz), einer hochempfindlichen spektroskopischen Messmethode untersucht. Diese Siliziuminterposer können auch noch weiter funktionalisiert werden. So wurden winzige Mikromagnete auf der Basis des PowderMEMS®-Verfahren hergestellt, die das für den Betrieb eines spinbasierten Quantenprozessors notwendige Hintergrundmagnetfeld erzeugen (Veröffentlichung: DOI 10.1016/j.mne.2025.100316 ).
Darüber hinaus können die Siliziuminterposer auch mit erweiterten Sensorfunktionalitäten ausgestattet werden. Diese umfassen sowohl Temperatursensoren als auch Magnetfeldsensoren zur Bestimmung der Stärke und der -richtung eines BIAS-Magnetfelds oder eines parasitären Magnetfelds. Alternativ zum Aufbau mit Siliziuminterposer und PCB-Leiterkarte wurden auch keramische LTCC-Leiterkarten (low-temperature-cofired ceramics) erforscht, bei denen ein zusätzlicher Interposer obsolet gemacht werden kann: Hierbei wird der Diamantchip direkt auf die LTCC-Leiterkarte gebondet.
Das Verbundvorhaben wurde in Zusammenarbeit mit den Universitäten Leipzig, Kassel und Ulm sowie der SaxonQ GmbH Leipzig durchgeführt. Als assoziierter Partner im europäischen Verbundprojekte QuantERA-Projekt MAESTRO unterstützte das CiS Forschungsinstitut mit seiner Expertise die Herstellung von weiteren neuartigen Demonstratoren.
Mit diesen Projektergebnissen wurden wichtige technologische und industrielle Eckpfeiler für die Herstellung von spinbasierten Quantencomputern mit hoher Rechenleistung demonstriert.
Das diesem Beitrag zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung, Forschung und Raumfahrt unter dem Förderkennzeichen 13N16098 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei der Autorin/beim Autor.
