Messplatz zur Charakterisierung integrierter Komponenten der Quantentechnologie (QuanTICo-Lab)

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553449982

Elektronische Hochfrequenzschaltungen im Millikelvin-Temperaturbereich haben in den letzten Jahren durch eine Vielzahl an Anwendungen im Bereich Quantencomputing oder Quantensensorik stark an Bedeutung gewonnen. Elektronische Bauelemente, Komponenten und Systeme in diesem Temperaturbereich sind jedoch bislang beschränkt auf wenige Arten von supraleitenden passiven Strukturen (Leitungen, Resonatoren, Josephson-Junctions, usw.). Deren Schnittstellen und Leitungen zu höheren Temperaturebenen im Kryostaten und dem Raumtemperaturbereich werden jedoch mit steigender Komplexität der Anwendungen (v.a. im Bereich Quantencomputing) immer umfangreicher. Gleichzeitig stellt jede dieser Leitungen eine thermische Last dar, deren Gesamtheit durch die geringe Kühlleistung des Kryostaten stark limitiert ist. Daher sollen extrem energiesparende aktive und passive elektronische Schaltungen im Temperaturbereich zwischen 10 und 500 mK erforscht werden, um eine erheblich bessere Skalierbarkeit von Kryo-Anwendungen durch Interface-Elektronik in unmittelbarer Nähe zu Quantenchips zu ermöglichen. Voraussetzung für die Erforschung solcher Schaltungen ist eine umfassende messtechnische Charakterisierbarkeit aller wesentlichen Hochfrequenz-Eigenschaften elektronischer Schaltkreise, Komponenten und Systeme. Im Vordergrund steht dabei insbesondere die zeitliche Dynamik von schnellen elektronischen Schaltern, die Einfluss auf die Reproduzierbarkeit und Qualität der geschalteten Hochfrequenzsignale hat. Dies ist entscheidend für die Erschließung des Millikelvin-Temperaturbereichs für die Elektronik, da aktive Schaltkreise zugunsten einer minimalen Verlustleistung nur extrem kurz eingeschaltet werden, wenn sie benötigt werden. Hierfür soll ein spezieller Messplatz geschaffen werden, mit dem eine Charakterisierung von elektronischen Schaltungen im Pulsbetrieb erstmals bei Millikelvin-Temperaturen möglich wird. Dieser stellt Messfähigkeiten in den Bereichen Netzwerkanalyse, Spektralanalyse und Zeitbereichsmesstechnik für elektrische und opto-elektronische Hochfrequenzsignale zur Verfügung. Beschafft werden soll ein vektorieller Netzwerkanalysator zur Charakterisierung im Pulsbetrieb (Millisekunden- bis Nanosekunden Pulse), ein besonders sensitiver Phasenrauschanalysator mit Messfähigkeit im Pulsbetrieb zur Erfassung von absolutem und additivem Phasenrauschen sowie ein zur gepulsten Elektronik-charakterisierung konfigurierter Kryostat. Seitens der Antragsteller wird der Messplatz zusätz-lich um Highend-Zeitbereichs-Messtechnik (Oszilloskop und AWG), Ansteuerelektronik sowie photonische Messtechnik (Laserquellen, OSA, Detektoren) ergänzt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Messplatz zur Charakterisierung integrierter Komponenten der Quantentechnologie (QuanTICo-Lab)
• Gerätegruppe: 6380 Frequenzanalysatoren, Schwingungsanalysatoren
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Martin Vossiek