Quantenaktivitäten bei Silicon Austria Labs GmbH

Silicon Austria Labs GmbH (SAL) ist ein führendes angewandtes Forschungszentrum für elektronische und softwarebasierte Systeme, spezialisiert auf Sensorsysteme, Mikrotechnologie, Optoelektronik, HF-Elektronik und eingebettete Systeme. Mit einem Team von ca. 275 Wissenschaftlern, die an drei Standorten - Graz, Villach und Linz - tätig sind, konzentriert sich SAL darauf, die Kluft zwischen Grundlagenforschung und industriellen Anwendungen zu überbrücken. Die Organisation bietet Zugang zu Österreichs größtem Forschungsreinraum mit einer Fläche von 1400 m² und anderer hochmoderner Laborinfrastruktur für Experimentalphysik, Software- und Hardwareentwicklung. Durch die Zusammenarbeit mit Forschungspartnern in der gesamten Wertschöpfungskette beschleunigt SAL den Wissenstransfer von der akademischen Welt zur Industrie und fördert innovative Lösungen, die über den Stand der Technik hinausgehen.

SAL-Reinraumeinrichtungen mit 1400 m2 für die Spitzenforschung im Bereich der Quantentechnologien.

Foto: SAL

SAL ist seit seiner Gründung im Jahr 2018 in der Quantenforschung tätig. Da künftige Fortschritte in klassischen Bereichen für höhere Empfindlichkeit, Effizienz und Sicherheit auf Quantentechnologien beruhen werden, konzentriert sich SAL darauf, diese aufkommenden Technologien frühzeitig in industrietaugliche Anwendungen zu überführen. Die wichtigsten Quantentechnologien, auf die sich SAL konzentriert, sind: 1. Festkörper-Spin-aktive Defekte in Halbleitern mit breiter Bandlücke, 2. Quantenphotonik im Chipmaßstab und 3. hochintegrierte Ionenfallen-Chips.

Zusammengesetzter Diamantkristall mit einer Mikrowellenantenne für Quantensensoranwendungen.

Foto: SAL

Ein Hauptaugenmerk liegt auf Plattformen, die lange Spin-Kohärenzzeiten bei Raumtemperatur ermöglichen, ein entscheidender Faktor für praktische Anwendungen. Diamant und Siliziumkarbid sind zwei solcher Plattformen, die vielversprechend für eine zukünftige industrielle Nutzung sind, insbesondere im Bereich der Quantensensoren. SAL ist aufgrund seines umfassenden Ökosystems für miniaturisierte Quantensysteme im Chipmaßstab einzigartig positioniert, um Fortschritte in diesem Bereich zu erzielen. Dieses Ökosystem stützt sich auf ein Fundament aus firmeneigenem Fachwissen, das alle erforderlichen Disziplinen umfasst, einschließlich grundlegender Festkörperphysik, Quantenoptik, multiphysikalischer Simulationen, Mikrofabrikationstechnologie sowie Geräte- und Systemintegration. Darüber hinaus erstreckt sich die Kompetenz von SAL auch auf die Entwicklung von Software und Hardware, Prototyping, Kalibrierung und Tests, um einen nahtlosen und autarken Entwicklungsprozess zu gewährleisten. Durch die Nutzung dieses breiten Spektrums an Fachwissen ist SAL in der Lage, maßgeschneiderte, leistungsstarke Bausteine zu entwerfen und zu liefern. Zu diesen Lösungen gehören kundenspezifisch gefertigte Mikrooptiken, permanentmagnetische Systeme und anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), die eingebettete Quantenkontrollalgorithmen, Signalerfassung und -verarbeitung und damit die Entwicklung neuartiger, miniaturisierter Quantensensoren ermöglichen. Beispiele für solche Sensoren sind robuste vektorielle Magnetometer mit einer Empfindlichkeit im Sub-Nanotesla-Bereich sowie Quantengyroskope auf Kernspinbasis.

Zusammengesetzter Diamantkristall mit einer Mikrowellenantenne für Quantensensoranwendungen.

Foto: SAL

Der zweite wichtige Quantenbereich bei SAL umfasst die Quantenphotonik im Chipmaßstab, einschließlich spezieller Expertise bei integrierten Quantenphotonik-Schaltungen (QPICs) für industrielle Anwendungen. Dies basiert auf grundlegenden Entwicklungen neuartiger Materialplattformen wie Dünnschicht-Lithiumniobat und Aluminiumnitrid als integraler Bestandteil neuartiger QPICs und deckt wiederum die gesamte Wertschöpfungskette der Technologie ab. Darüber hinaus werden anwendungsreife Geräte wie QPIC-Transmitter für Quantenschlüsselverteilungsanwendungen (QKD) auf der Grundlage kommerziell verfügbarer III-V-Halbleiterplattformen demonstriert. Darüber hinaus umfasst der dritte Bereich der SAL QPIC-Technologien für Anwendungen in Ionenfallen-Chips. Die neuesten Entwicklungen in der QPIC-Technologie zeigen vielversprechende Möglichkeiten für die Kombination mit modernster Ionenfallen-Technologie, um die nächste Generation integrierter Qubits als entscheidende Bausteine für neuartige Quantencomputer zu ermöglichen. Hier kann SAL seine Fähigkeiten in der Mikrofabrikation einbringen, um das österreichische Ionenfallen-Ökosystem zu unterstützen und zu stärken. Diese und andere Integrationsbemühungen profitieren besonders von SALs Fähigkeiten in der "quantengerechten" Montage und Integration.