Fortschritt im Diamant-Spin-Quantencomputing: Fujitsu stellt Prototyp mit integrierten Zinn-Fehlstellen vor

Ein neuer Diamant-Spin-Prototyp setzt auf Zinn-Fehlstellen und photonische Schaltungen – doch bis zum skalierbaren Quantencomputer bleibt es ein weiter Weg.

Die Entwicklung skalierbarer Quantencomputer hat einen weiteren Meilenstein erreicht. Fujitsu präsentierte am 8. September 2026 den funktionsfähigen Prototyp eines Diamant-Spin-Quantencomputers, der Zinn-Fehlstellenzentren in photonische integrierte Schaltungen einbettet. Das System ist das Ergebnis einer im Jahr 2020 gestarteten Kooperation zwischen Fujitsu, der Delft University of Technology und dem Forschungsinstitut QuTech.

Forschung bereits seit 2005 in Leipzig

Die Idee, Diamanten für Quantenberechnungen zu nutzen, ist nicht neu. Auch die Leipziger Unternehmen SaxonQund XeedQentwickeln diamantbasierte Quantencomputer für den Betrieb bei Raumtemperatur. Erste Forschungen dazu gab es am Felix-Bloch-Institut für Festkörperphysikder Universität Leipzig. Für seine Prozessoren setzt das Team um zwei Professoren der Uni Leipzig auf Stickstoff-Fehlstellen – so genannte NV-Defekte – in Diamanten.

Die technologischen Grundlagen reichen bis in die Mitte der 2000er-Jahre zurück: Forscher um Jan Meijer arbeiteten spätestens seit 2005 an der gezielten Erzeugung und Kontrolle einzelner Farbzentren in Diamanten. 2019 meldete die Universität Leipzig die nahezu deterministische Herstellung von NV-Zentren. Aus dieser langjährigen Forschung am Felix-Bloch-Institut entstand 2021 SaxonQ, die im Dezember 2022 an der Universität Leipzig ein funktionsfähigen mobilen Quantencomputer öffentlich präsentierten.

Die beiden ursprünglich eng miteinander verbundenen Startups SaxonQ und XeedQ verfolgen inzwischen eigenständige Produktlinien: XeedQ entwickelt den kompakten XQ1-Prozessor weiter und baut internationale Forschungs- und Förderprojekte aus. SaxonQ präsentierte 2026 eine Dual-Core-Generation und kündigte kommerzielle Multi-Core-Systeme mit insgesamt 128 bzw. 512 Qubits an. Die Herstellerangaben sind allerdings mit Vorsicht zu genießen, da die vollständig verschränkbare Qubit-Zahl pro Kern deutlich unter der Gesamtzahl des jeweiligen Systems liegt; unabhängige Benchmarks der neuen SaxonQ-Modelle stehen bislang aus.

Fujitsu und QuTech wählten mit den Zinn-Fehlstellenzentren einen technologisch abweichenden Pfad. Während die Systeme von SaxonQ bei Zimmertemperatur betrieben werden, erfordert der neue Fujitsu-Prototyp eine Kühlung auf -271,6 °C. Im direkten Vergleich zu etablierten supraleitenden Quantencomputern, die nahe dem absoluten Nullpunkt bei -273,13 Grad Celsius arbeiten, stellt dies eine moderate Abweichung dar. Dennoch senkt sie den Aufwand für die komplexe Kryotechnik und reduziert zugleich den Platzbedarf sowie den Energieverbrauch der Anlagen.

Der Fokus auf die Zinn-Technologie wird mit der höheren Signalqualität und optischer Konnektivität begründet. Zinn-Fehlstellen gelten in der Fachwelt als aussichtsreicher Kandidat für den Aufbau modularer Quantennetzwerke, da sich die von ihnen emittierten Photonen effizient über optische Schnittstellen übertragen lassen.

Neue Fertigungsverfahren für Zinn-basierte Technologie

Der von Fujitsu vorgestellte Prototyp basiert auf drei zentralen Schlüsseltechnologien, die das Unternehmen speziell für diese Architektur entwickelt hat. Initial war eine neue Materialbearbeitung notwendig, um die Quantencomputer-Chips im industriellen Maßstab fertigen zu können. Die Ingenieure konzipierten eine heterogene Bonding-Technologie, mit der hochwertige, mit Zinn-Ionen implantierte Diamantsubstrate auf Trägersubstrate aus Aluminiumoxid und Siliziumdioxid aufgebracht werden. Im Anschluss wird das Diamantsubstrat durch ein aufwendiges Dünnungsverfahren von ursprünglich mehreren hundert Mikrometern Dicke auf wenige hundert Nanometer reduziert. Dieser Materialabtrag ist die physikalische Voraussetzung für die Integration in hochverdichtete Schaltungen.

Die zweite Kerntechnologie betrifft die Fertigung photonisch integrierter Schaltungen. Fujitsu hat ein Verfahren entwickelt, das die nanoskaligen Diamantkristalle samt Zinn-Fehlstellen direkt in optische Wellenleiter aus Aluminiumoxid einbindet. Da Aluminiumoxid im sichtbaren Lichtspektrum transparent bleibt, können die emittierten Photonen beim Auslesen der Qubits nahezu verlustfrei extrahiert werden. Bei der komplexen Bearbeitung der Diamantstrukturen griff Fujitsu auf frühere Forschungsergebnisse zurück, die in einer separaten Kooperation mit der University of Tokyo erzielt wurden.

Die dritte Innovation fokussiert sich auf die Ansteuerung der Hardware. Diamant-Spin-Architekturen erfordern eine hochpräzise Manipulation der Quantenzustände durch eine zeitlich exakt abgestimmte Kombination aus Lichtimpulsen, Mikrowellen und Hochfrequenzsignalen. Um dies für die Programmierung zugänglich zu machen, implementierte Fujitsu einen Umwandlungsmechanismus für die Quantenschaltkreise. Analoge Quantengatter-Operationen werden automatisch in die exakten physikalischen Steuersequenzen übersetzt.

Anwender greifen über die Fujitsu Hybrid Quantum Computing Platform auf das System zu. In einer Testumgebung demonstrierte das Unternehmen, dass Nutzer keine Spezialkenntnisse auf Hardware-Ebene benötigen, um Berechnungen auszuführen.

Meilenstein ja, Skalierbarkeit noch weit entfernt

Vivek Mahajan, Corporate Executive Officer und Chief Technology Officer bei Fujitsu, unterstreicht die strategische Relevanz der gewählten Architektur. Mahajan zufolge bietet er eine außergewöhnlich hohe Skalierbarkeit. Er erläutert weiter, dass sich diese Technologie in Zukunft voraussichtlich mit supraleitenden Quantencomputern koppeln lässt, um deren Leistungsfähigkeit gezielt zu erweitern und komplexere Berechnungen in größerem Maßstab zu ermöglichen. „Unsere Roadmap sieht ein System mit 250 logischen Qubits bis zum Geschäftsjahr 2030 und ein System mit 1.000 logischen Qubits bis zum Geschäftsjahr 2035 vor“, so Mahajan.

Kees Eijkel, General Director des Instituts QuTech an der Delft University of Technology, bewertet die Entwicklung als einen wichtigen Meilenstein, verweist jedoch auf die noch anstehenden Hürden. Den vollständigen Nachweis der erwarteten Skalierbarkeit in der Praxis zu erbringen, bleibe ein langer und anspruchsvoller Weg. Durch eine weitere Vertiefung der Zusammenarbeit mit Fujitsu wolle QuTech diese ambitionierte Aufgabe angehen und die nächste Generation von Quantentechnologien mitgestalten.

Von 4 auf 1.000

Der erste auf Diamanten basierende Quantencomputer von SaxonQ hatte eine Kapazität von 4 Qubits. Die Zielgröße von 250 beziehungsweise 1.000 logischen Qubits markiert einen massiven Entwicklungssprung. In der aktuellen Hardware-Entwicklung müssen hunderte fehleranfällige physische Qubits durch aufwendige Fehlerkorrekturprotokolle zusammengefasst werden, um ein einziges stabiles logisches Qubit zu erzeugen. Die Ankündigung von 1.000 logischen Qubits impliziert die fehlerfreie Beherrschung von Systemen mit voraussichtlich über zehntausend physischen Qubits. An diesem Punkt soll die Modularität der photonischen Verbindungen des Zinn-Diamant-Systems ihre theoretischen Stärken entfalten. Optische Netzwerke erlauben den Datenaustausch zwischen separaten Rechenkernen, minimieren thermische Interferenzen und entkoppeln die Skalierung vom reinen Platzangebot auf einem einzelnen Halbleiter-Wafer.

Bis 2027 beabsichtigt Fujitsu, einen funktionsfähigen multimodularen Prototyp auf Basis des Diamant-Spin-Ansatzes zu konstruieren. Parallel dazu beginnen die Forschungsarbeiten zur angestrebten hybriden Architektur. Die Verknüpfung fehlerresistenter, optisch vernetzbarer Diamant-Qubits mit den schnellen Rechentakten der etablierten supraleitenden Qubits gilt als einer der wichtigsten Ansätze der Industrie, um die Limitierungen beider Welten auszugleichen. Erst kürzlich wurde am Jülich Supercomputing Centre in Nordrhein-Westfalen mit JION ein gatterbasierter Ionenfallen-Quantencomputer des Siegener Start-ups eleQtron vorgestellt, das ebenfalls in hybride HPC-Workflows eingebunden werden kann. Das System nutzt ionisierte Ytterbium-Atome als Qubits.

Fazit

Mit Fujitsu hat ein weiterer Player gezeigt, dass die Materialforschung fähig ist, physikalische Phänomene in manipulierbare Halbleiterstrukturen zu gießen. Ob sich ein spezifischer Diamant-Ansatz langfristig gegen Konkurrenztechnologien behaupten wird, hängt von der Fehlerquote der kommenden Multimodul-Systeme ab.