Forschendes Lernen

Quantencomputer benötigen eine sehr kalte Umgebung (ca. -269 C°), um möglichst fehlerfrei zu funktionieren. Sie arbeiten mit sogenannten Qubits, Recheneinheiten, die in Kryostaten, sehr leistungstarken Kühlschränken, betrieben werden und über Kabel gesteuert werden. Je leistungsstärker der Computer ist, desto mehr Kabel werden benötigt und desto schwieriger wird die Kühlung. Wie kann die Anzahl der Kabel reduziert und die Skalierung des Computers ermöglicht werden? Dieses Problem beschäftigt das Team des CMOS Design Instituts der TU Braunschweig und das Ishikuro Labor der japanischen Keio Universität im Rahmen ihrer Lehrkooperation. Gemeinsam möchten sie integrierte Schaltungen entwerfen, die Qubits direkt ansteuert und nur eine geringe Anzahl an Kabeln erfordert. Die Kooperation besteht seit 2021 und beinhaltet den gegenseitigen Besuch von Prof. Issakov an der Keio Universität und von Prof. Hiroki Ishikuro an der TU Braunschweig für einwöchige intensive Vorlesungen (täglich 4,5 Stunden). Zusätzlich haben Studierende auf Master- und Promotionsniveau die Möglichkeit, Praktika und Forschungsaufenthalte im Rahmen der Kooperation zwischen drei und sieben Monaten an der Partnerhochschule zu absolvieren. In den Vorlesungen werden grundlegende Kenntnisse der Schaltungstechnik vermittelt, die auch in der Kommunikations- und Radartechnik Anwendung finden. Die Studierenden wenden die Lehrinhalte aus den Vorlesungen direkt in praktischen Entwurfsaufgaben an. Bei den Praktika steht der Entwicklungszyklus im Mittelpunkt: Von der Konzeptionierung des Schaltungsaufbaus und dem Austesten anhand von Simulationen, über die Erstellung von Schaltungstopologien mit spezialisierter Software wie z.B. Advanced Design System (ADS) und den anschließenden Einsatz der Schaltung und Messprozesse, bis hin zum Abgleich der tatsächlichen Messergebnisse mit den Daten der Simulation. Studierende haben die Möglichkeit, ihr Wissen in einer der Phasen anzuwenden und zu vertiefen und so einen konkreten Beitrag zur Forschung zu leisten.