Reinraumzelt für Ionenfallen an der Universität Siegen

Wir freuen uns, die Forschung in der Quanteninformationsverarbeitung mit Ionenfallen an der Universität Siegen mit unserem Reinraumzelt tatkräftig unterstützen zu dürfen.

Die Forschungsgruppe um Prof. Dr. Christof Wunderlich vom Lehrstuhl für Experimentelle Quantenoptik beschäftigt sich mit dem Bau hochkomplexer Ionenfallen, welche perspektivisch auf einem kleinen Chip (Surface Trap) einen Quantencomputer betreiben sollen.


Der Quantencomputer der Universität Siegen basiert auf der innovativen MAGIC (MAgnetic Gradient Induced Coupling) Technologie. Die Ytterbium Ionen werden in einem Gitter angeordnet und mit einem Laser gekühlt. Anschließend werden die Hyperfeinstruktur-Niveaus mit einem Magnetfeldgradienten manipuliert. Dadurch hat jedes Ion leicht unterschiedliche Übergangsenergien. Nun werden alle Ionen mit Mikrowellen bestrahlt, nicht, wie sonst üblich, ein einzelnes Ion mit einem Laser. Dabei ist die Frequenz so gewählt, dass nur ein einzelnes von dem Magnetfeld spezifisch modifiziertes Ion angeregt wird. Die Nutzung von Mikrowellen hat den Vorteil, dass die Ionen viel skalierbarer angesteuert werden können als mit Lasern. Außerdem ist die Hochfrequenztechnik dank der omnipräsenten Verwendung in Smartphones und Co. bereits stark miniaturisiert und sehr günstig. Dieser Ansatz verspricht eine kostengünstige Miniaturisierung und Skalierung des Gesamtsystems, wichtige Voraussetzungen für einen kommerziellen Quantencomputer. Schon jetzt werden mit diesem Ansatz 8 Qubits ausgelesen: Insgesamt wird das System auf Tausend Qubits skalierbar sein.

Die Qubits werden in einem Ultrahochvakuum von 10-12 mBar gehalten. Die Montage der Vakuumkammern ist besonders empfindlich gegenüber Verunreinigungen aus der Luft, denn schon kleinste Partikel könnten das saubere Auslesen der Qubits beeinträchtigen. So hat die Forschungsgruppe uns beauftragt, in einem kleinen Labor den passenden Reinraumarbeitsplatz zu schaffen. Da die Vakuumkammer recht massiv ist, ist eine höhenverstellbare Arbeitsfläche auf Rollen wichtig. So kann die verschlossene Kammer bequem zum Installieren zu einem optischen Tisch gebracht werden. Die komplizierte Geometrie der Vakuumkammer erfordert zudem einen Zugang von allen Seiten. Eine weitere Herausforderung ist der begrenzte Platz in dem Labor.


Im engen Austausch mit dem Lehrstuhl haben wir uns für ein an der Decke installiertes Reinraumzelt entschieden. Diese Variante ist nicht nur besonders platzsparend, sondern erlaubt auch einen Zugang von allen Seiten. Die transparenten Vorhänge schirmen das Innere des Reinraumzeltes ab und sorgen mit dem laminar Flow aus der Filter Fan Unit für höchste Reinheit für die Montage der Kammer. Darüber hinaus können die Vorhänge bequem mit den Profilen demontiert werden, um den mobilen und höhenverstellbaren Tisch mit dem Honeycomb Breadboard aus dem Zelt hinaus und zu dem optischen Tisch zu führen.

Wir sind stolz darauf, mit dieser Lösung die Entwicklung hoch moderner Quantencomputer zu unterstützen und freuen uns, auch in Zukunft mit der Universität Siegen zusammenzuarbeiten.