|BMBF-Fördermaßnahme〉 Quantenprozessoren und Technologien für Quantencomputer

|QBN〉unterstützt gerne entsprechende Projekte, deren Verwertung und Spin-offs.

Nachfolgend ein Auszug aus der Bekanntmachung BAnz AT 08.04.2020 B6:

Ziel und Zweck der Förderung

Ein praxistauglicher Quantencomputer, der in der Lage ist, reale Problemstellungen zu lösen, die für klassische Computersysteme auch langfristig nicht bearbeitbar sind, muss über eine um Größenordnungen höhere Anzahl an physikalischen Qubits und/oder um entsprechend deutlich niedrigere Fehlerraten verfügen. Derartige Maschinen sind mit den aktuell verwendeten Technologien nicht herzustellen. Es stehen daher bis heute nur Geräte mit einigen zehn Qubits zur Verfügung und selbst diese erfordern zu ihrem Aufbau und Betrieb einen beträchtlichen apparativen Aufwand. Dabei gibt es für solche kleinen Computer (sogenannte „noisy intermediate-scale quantum-computer“/NISQ) bislang keine praktischen Anwendungsfälle. Ob und gegebenenfalls in welcher Weise diese NIS-Quantencomputer jenseits des besseren Verstehens der dafür erforderlichen Physik und Technik praktisch verwendbar sind, ist derzeit Gegen-tand der Forschung.

Im Rahmen der vorliegenden Bekanntmachung werden folgende Ziele adressiert:

1. Ausbau der Kompetenz zur (Weiter-)Entwicklung technologischer Konzepte für Quantenprozessoren. Man geht derzeit davon aus, dass die im Experimentierstadium befindlichen konkreten technischen Realisierungen eines Quantenprozessors nicht dazu geeignet sind, praxisrelevante Prozessorgrößen herzustellen, wenngleich die jeweils zugrunde liegenden physikalischen Funktionsprinzipien dem nicht entgegenstehen. Demzufolge müssen auf dem Wege zu einem anwendbaren Quantencomputer noch ein oder mehrere Innovationssprünge auf der Prozessorebene erfolgen. Ein solcher Technologiewechsel bietet auch die Chance, sich mit neuen bzw. weiterentwickelten Konzepten für einen Quantenprozessor am Wettbewerb zu beteiligen.
2. Aufbau der technischen Peripherie auf den für eine Skalierung erforderlichen Stand. Dazu können Projekte in Zusammenarbeit mit der FET-Flagship-Maßnahme zur Verwirklichung eines europäischen Quantencomputer gefördert werden. Hintergrund ist, dass der Standort Deutschland in optimaler Weise zum Gesamtziel beiträgt. Zudem sollen entstehende Forschungsergebnisse zeitnah in die Wirtschaft übertragen werden. Die in Deutschland vorhandene Expertise zu Quantencomputern soll weiter ausgebaut werden. Dabei sollen auch Unternehmen dabei unterstützt werden, sich mit den Spezifika der verschiedenen Prozessor-Technologien und ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen frühzeitig in der Praxis vor Ort umfassend vertraut zu machen und für den Fall der kommerziellen Verfügbarkeit eines Quantencomputers einen solchen dann schnell und effektiv für eigene reale Anwendungen einsetzen zu können. Gefördert werden kooperative, vorwettbewerbliche Verbundprojekte, die im Rahmen der zwei genannten Zielsetzungen zu neuen oder wesentlich verbesserten Systemlösungen im Bereich Quantencomputing führen. Kennzeichen der Projekte ist ein hohes Risiko und eine besondere Komplexität der Forschungsaufgabe. Für eine Lösung ist in der Regel ein inter- und multidisziplinäres Vorgehen und eine enge Zusammenarbeit von Unternehmen und Forschungs-einrichtungen erforderlich. Da Innovations- und Beschäftigungsimpulse gerade auch von Unternehmensgründungen ausgehen, sind solche Gründungen im Anschluss an die Projektförderung des BMBF erwünscht.

Gegenstand der Förderung

Gegenstand der Förderung sind risikoreiche, vorwettbewerbliche Forschungs- und Entwicklungsvorhaben mit direktem Bezug zur Quanteninformationsverarbeitung. Sie müssen sich einem der folgenden Schwerpunkte zuordnen lassen und einen oder mehrere der genannten Teilaspekte adressieren.

a) Konzepte für skalierbare Quantenprozessoren:

Gefördert werden experimentelle Arbeiten zu Quantenprozessoren und Qubits, die im Hinblick auf ihre physikalischen Eigenschaften das Potenzial zu einer Skalierung auf verschränkte Ensembles von 1 000 Qubits und mehr bieten. Dies wird beispielsweise durch geeignete Kombination folgender Eigenschaften erreicht:

• Längere Kohärenzzeit der einzelnen Qubits und der Ensembles
• Geringere Fehlerraten der Qubit-Gates
• Kürzere Operationszeiten der Qubit-Gates
• Verbesserte Adressierbarkeit und Kontrolle der Qubit-Zustände
• Verbessertes Auslesen der Qubits (schneller und störungsfrei)
• Effektive Verschränkung der Qubits bzw. von Substrukturen des Quantenprozessors (Quanten-Bus)
• Höhere Konnektivität
• Fehlerkorrektur

Da der Nachweis der prinzipiellen Funktionsfähigkeit einer physikalischen Instanz eines Qubits der Frage der Skalierbarkeit grundsätzlich vorausgeht, werden nur solche physikalischen Systeme berücksichtigt, für die mindestens ein 2-Qubit-Gate schon experimentell demonstriert werden konnte. Dies ist insbesondere für Supraleiter (Josephson-Qubits), Ionenfallen und Gate-kontrollierte Halbleiter-Quantenpunkte der Fall.

Die entsprechenden Vorteile des gewählten Ansatzes im Hinblick auf die Skalierbarkeit müssen bereits vor Beginn der Projektarbeiten publiziert und Gegenstand der allgemeinen wissenschaftlichen Debatte sein. Erste, unveröffentlichte oder im wissenschaftlichen Diskurs nicht weiterverfolgte Plausibilitätsbetrachtungen genügen nicht.

Die Arbeiten müssen zu Projektbeginn einen Reifegrad erreicht haben, der es erlaubt, im Erfolgsfall die jeweiligen Vorteile zum Ende eines vierjährigen Projektes durch experimentelle Charakterisierung der entsprechenden Qubit-Gates nachzuweisen. Nach Sicherung der Schutzrechte sind diese Ergebnisse im Anschluss an das Projekt geeignet zu publizieren.

Es ist weiterhin möglich, Vorschläge zu auf praxistaugliche Größen skalierbarer Quantenhardware einzureichen, die nicht dem Paradigma des voll fehlerkorrigierten Quantengatters folgt, sondern als Quantensimulator oder als vollständig kohärenter Quanten-Annealer funktioniert. Da diese Systeme im Hinblick auf ihre jeweilige Verwendbarkeit und den tatsächlich zu erwartenden Quantenvorteil noch zu einem erheblichen Maß auf Spekulation beruhen, ist bei entsprechenden Verbundprojekten zwingend die Einbindung eines geeigneten Partners zur Bearbeitung der korrespondierenden informationstheoretischen Fragestellungen erforderlich. Der erforderliche Entwicklungsstand und die Ziele entsprechender Projektvorschläge sind analog der oben genannten zu den Quantengattern zu begreifen.

b) Flankierende Arbeiten zur FET-Flagship-Plattform

Gefördert werden Arbeiten in Zusammenarbeit mit den FET-Flagship-Projekten der EU. Die Projekte können alle physikalisch-technischen Aspekte vom Quantenprozessor über Fertigungstechnologien bis zur Kontrollelektronik betreffen.

Die Zusammenarbeit soll die Hauptziele der Flagship-Projekte betreffen, oder dort erarbeitete Ergebnisse für weitergehende Zielsetzungen der Quanteninformationsverarbeitung nutzen.

Die enge Anbindung an die europäischen Arbeiten ist mit der Vorlage eines Projektvorschlags zu erläutern. Eine enge Vernetzung und reibungslose Kooperation mit den entsprechenden europäischen Akteuren ist Voraussetzung und geeignet nachzuweisen.

Die genannten Beispiele sind nicht ausschließend, sondern beispielhaft zu verstehen. Auch andere Vorschläge, die den in Nummer 1.1 genannten Zielsetzungen entsprechen, können unterbreitet werden. Für alle Projektideen wird dringend empfohlen, bereits in der frühen Konzeptphase Kontakt mit dem zuständigen Projektträger aufzunehmen und die konkreten Fördermöglichkeiten, sowie die grundsätzliche Passfähigkeit zu den Förderkriterien zu besprechen.

Charakteristisch für alle Vorhaben soll sein, dass sie bestimmte, klar definierte Zielsetzungen in den Mittelpunkt stellen und mit einem effizienten, auf die Zielerreichung optimierten Konsortium die zu überwindenden Problemstellungen adressieren.

Das Einwerben von zusätzlichen Mitteln und diesbezügliche Selbstverpflichtungen beteiligter Institute und Unternehmen führen zur Erhöhung der Priorität bei sonst gleicher Qualität eines Projektvorschlags.

Weitere Informationen finden Sie in der Bekanntmachung.

Einreichungsfrist: 30.06.2020.

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