Fujitsu und Technische Universität Delft gründen neues Quantenlabor

München, 31. January 2024

Fujitsu und die TU Delft geben die Gründung des Fujitsu Advanced Computing Lab Delft bekannt. Dabei handelt es sich um ein Zentrum für die Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft, das sich der gemeinsamen Entwicklung von Quantencomputingtechnologien widmen soll. Das neue Kooperationszentrum wird am weltweit führenden Forschungsinstitut für Quantentechnologie QuTech¹ eingerichtet und ist Teil der Initiative Fujitsu Small Research Lab². In diesem Rahmen führen Fujitsu-Forscher beiTechnologie-Inkubatoren weltweit führender Universitäten gemeinsame Forschungsprojekte mit den besten Forschern in ihrem jeweiligen Fachgebiet durch – darunter renommierte und aufstrebende Experten.

„Die Stärkung unserer Zusammenarbeit mit der TU Delft bietet die Chance, neue Möglichkeiten im Bereich der Quantentechnologien zu erschließen“, kommentiert Vivek Mahajan, SEVP, CTO und CPO, Fujitsu Limited. „Mit den bahnbrechenden Technologien von Fujitsu und den talentierten Forschern einer der weltweit führenden Institutionen auf diesem spannenden Gebiet können wir weiter an Durchbrüchen bei der Entwicklung von Quanten-Hardware arbeiten und gleichzeitig eine neue Generation von Innovatoren ausbilden.“

Prof. Tim van der Hagen, Rector Magnificus/Präsident des Executive Board der TU Delft ergänzt: „An der TU Delft entwickeln und liefern wir technologieorientierte, innovative Lösungen für gesellschaftliche Probleme und erforschen potenzielle Anwendungen von Quantencomputern in einem breiten Anwendungsfeld. Damit ist die TU Delft der ideale Ort für die Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft, um diese Schlüsseltechnologie voranzutreiben. Wir sind sehr stolz darauf, dass Fujitsu, aufbauend auf der bereits erfolgreichen Zusammenarbeit mit QuTech, die Niederlande und Delft als Standort für sein Advanced Computing Lab gewählt hat."

Zusammenarbeit mit Fokus auf Diamand-Spin Quantentechnologie

Ziel der Kooperation ist es, die Forschung und Entwicklung im Bereich des Diamond-Spin Quantencomputers zu beschleunigen. An der Entwicklung dieser Technologie arbeiten Fujitsu und die TU Delft bereits seit Oktober 2020 mit dem Ziel, eine Blaupause für künftige, modulare Quantencomputer zu erschaffen, die über 1.000 Qubits hinaus skalieren können. Schon bisher mit großem Erfolg: dem weltweit ersten fehlertoleranten Betrieb von Spin-Qubits in einem Diamant-Quantenprozessor³ unter Verwendung der Diamant-NV-Center-Methode⁴.

Auch weiterhin werden Fujitsu und die TU Delft daran arbeiten, die Leistung von Qubits zu verbessern, indem sie SnV-Zentren⁵, die als Hochleistungs-Diamant-Spins immer mehr Beachtung finden, in skalierbare nanophotonische Bauelemente mit effizienter Einzelphotonenkopplung integrieren (arXiv: 2311.12927). Darüber hinaus werden die beiden Partner die Entwicklung praxisnaher Quantenanwendungen weiter vorantreiben und an der Realisierung innovativer Technologien für die Strömungssimulation arbeiten. Diese setzen auf die Anwendung von Quantencomputing auf dem Gebiet der numerischen Strömungsmechanik, wo umfangreiche und komplexe Berechnungen eine ständige Herausforderung darstellen.

Überblick über das neu entwickelte Fujitsu Advanced Computing Lab Delft

Erster Forschungszeitraum: 25. Januar 2024 bis 30. September 2028

Standort: TU Delft - QuTech / Fakultät für angewandte Wissenschaften, Delft, Niederlande

Forschungsinhalte:

• Grundlagenforschung und Entwicklung von Quantencomputern mit Spin-Qubits auf Diamantbasis.

• Entwicklung eines Konzepts für skalierbare modulare Quantencomputer unter Verwendung von Diamand-Spin-Qubits mit hoher Stabilität und optischer Konnektivität.

• Überprüfung der Wirksamkeit des oben genannten Ansatzes durch Demonstration der Funktionsweise von Quantenalgorithmen unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Diamand-Spin-Qubits und durch die Entwicklung von Bauelementen und integrierten Prozesstechnologien, die für die Implementierung auf dem Chip erforderlich sind.

• Forschung über die Anwendung der Quanteninformatik auf dem Gebiet der numerischen Strömungsmechanik.

• Entwicklung von Anwendungen, die umfangreiche, schnelle und komplexe Berechnungen im Bereich der Strömungsmechanikermöglichen.

• Entwicklung von Quantenalgorithmen für Strömungsmechanik-Simulationen unter verschiedenen Bedingungen und Überprüfung ihrer Effektivität durch Demonstration anhand realer Probleme, einschließlich aerodynamischer Entwürfe für Flugzeuge der nächsten Generation.

• Realisierung einer innovativen Strömungsmechanik-Technologie für die fehlertolerante Quantenberechnung (FTQC)⁶, die eine hochpräzise Vorhersage von Teilchenbewegungen über einen großen räumlichen Bereich ermöglicht, der für die Lösung realer Probleme erforderlich ist; Ausweitung des Forschungsbereichs zur Stärkung der für praktische Anwendungen erforderlichen peripheren Technologien.

Rollen und Verantwortlichkeiten:

• Grundlagenforschung und Entwicklung von Quantencomputern mit Spin-Qubits auf Diamantbasis 

o Fujitsu: F&E der Implementierungstechnologie, die für den Bau von Quantencomputersystemen erforderlich ist

o TU Delft: Proof-of-Principle-Tests von Qubit-Bauelementen und FuE von Quantenkontrollprotokollen

• Forschung über die Anwendung der Quantencomputertechnologie auf dem Gebiet der numerischen Strömungsmechanik (CFD)

o Fujitsu: Leistungsbewertung und Demonstrationsversuche für reale Probleme auf Quantencomputer-Simulatoren und frühen FTQC-Systemen

o TU Delft: Entwicklung und Implementierung eines hochleistungsfähigen Quanten-CFD-Lösers, Konstruktion eines hybriden Berechnungsrahmens (Quantencomputer – Klassische Architektur) für die aerodynamische Designoptimierung

Weiterführende Links

• Fujitsu Small Research Lab 

• QuTech

Anmerkungen

¹QuTech: Wurde 2015 von der TU Delft und der Niederländischen Organisation für Angewandte Wissenschaftliche Forschung (TNO) formell gegründet. QuTech hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen skalierbaren Prototyp eines Quantencomputers und ein inhärent sicheres Quanteninternet zu entwickeln, das auf den grundlegenden Gesetzen der Quantenmechanik basiert.

²Fujitsu Small Research Lab: Eine Initiative zur Erzielung größerer Durchbrüche, die über die Ergebnisse gewöhnlicher gemeinsamer Forschung hinausgehen. Sie zielt darauf ab, zur Lösung gesellschaftlicher Probleme beizutragen und gleichzeitig die gemeinsame Forschung zu beschleunigen, neue Forschungsthemen zu identifizieren, Talente zu entwickeln und mittel- bis langfristige Beziehungen zu Universitäten aufzubauen. Fujitsu-Forscher sind in Technologie-Inkubatoren an Universitäten in Japan und international tätig.

³Der weltweit erste fehlertolerante Betrieb von Spin-Qubits in einem Diamant-Quantenprozessor: "QuTech und Fujitsu realisieren den fehlertoleranten Betrieb eines Qubits" (QuTech-Pressemitteilung vom 5. Mai 2022), Abobeih et al. (2022), "Fault-tolerant operation of a logical qubit in a diamond quantum processor", Nature, DOI: 10.1038/s41586-022-04819-6  

⁴NV-Zentrum in Diamant: Ein Defekt, der aus einer Leerstelle im Diamantgitter neben einem Stickstoffatom besteht, wo sich normalerweise ein Kohlenstoffatom befindet.

⁵SnV-Zentrum: Ein Defekt, der aus einer Leerstelle im Diamantgitter neben einem Zinn (Sn) besteht, wo sich normalerweise ein Kohlenstoffatom befindet.

⁶FTQC: Abkürzung für "fault-tolerant quantum computation" (fehlertolerante Quantenberechnung); Leistung der Quantenberechnung ohne Fehler bei gleichzeitiger Korrektur von Quantenfehlern

Datum: 31. January 2024
City: München