Semiqon entwickelt Kryo-CMOS-Technologie für Quantencomputer Dieser Transistor läuft auch bei minus 273 Grad

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Quantencomputer scheitern heute nicht, oder nicht nur, an den Qubits, sondern an der Verkabelung. Semiqon hat einen Transistor entwickelt, der direkt im Kryostaten arbeitet und damit einen zentralen Engpass beim Skalieren beseitigt.

Semiqon möchte mit dem Transistoren ein zentrales Architekturproblem des Quantencomputers lösen: Qubits, die Recheneinheiten, arbeiten zumeist nahe dem absoluten Nullpunkt, bei rund 10 Millikelvin. Doch die Steuerelektronik, die diese Qubits anspricht, ausließt und korrigiert, sitzt außerhalb des Quantencomputers bei Raumtemperatur. Verbunden werden beide Ebenen durch Kabel, die in den Kryostaten, den Ultrakühlschrank, hineinführen.

Jedes dieser Kabel trägt Wärme ins Innere. Wärme bedeutet Rauschen. Rauschen bedeutet Rechenfehler. Und je mehr Qubits ein System haben soll, desto mehr Steuerleitungen braucht es. Bei heutigen Systemen mit einigen Hundert Qubits sind das bereits ein Vielfaches an Kabeln. Für die Millionen Qubits, die für kommerzielle Anwendungen gebraucht werden, ist dieser Ansatz nicht skalierbar. Die Branche spricht vom „Quantum Control Bottleneck“.

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Mit dem Transistoren verlegt Semiqon die Steuerelektronik in den Kryostaten, direkt neben die Qubits. Werden weniger Kabel gebraucht, bedeutet das auch weniger Wärme-Einfühung durch den Kryostraten und gleichzeitig einen kompakterer Aufbau. Das Problem war bisher, dass CMOS-Transistoren (Complementary metal-oxide-semiconductor; komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) bei tiefen Temperaturen ihr Verhalten verändern. Doch bei minus 270 Grad kommen verschieben sich die Schaltschwellen der CMOS-Transistoren und sie können nicht störungsfrei arbeiten, da sie für Raumtemperatur gebaut sind.

Semiqon, ein 2022 aus dem finnischen Forschungszentrum VTT gegründetes Start-up, hat einen Transistor entwickelt, der speziell für den Betrieb bei einem Kelvin und darunter ausgelegt ist. Laut Unternehmensangaben verbraucht er ein Tausendstel der Leistung herkömmlicher Raumtemperatur-Transistoren und gibt entsprechend weniger Wärme ab.

Gegenüber einem 14-nm-FinFET erreicht er bei kryogenen Bedingungen einen deutlich niedrigeren Unterschwelleneffekt von 0,32 mV/Dekade sowie eine 203-fache Verstärkung im Unterschwellenbereich. Die technischen Daten sind in auf Arxiv einsehbar.

Der Chip aus eigener Hand

Semiqon fertigt die Chips selbst, im Halbleiter-Pilotlinienbetrieb am Micronova Center for Applied Micro and Nanotechnology in Espoo. Das erlaubt schnelle Entwicklungszyklen. Die Fertigungskosten liegen nach eigenen Angaben mehr als 50 Prozent unter dem Marktdurchschnitt.

Das Cryo-CMOS ist Bestandteil einer umfassenderen Prozessorarchitektur. Semiqon entwickelt Quantenprozessoren auf Silizium-Basis mit Spin-Qubits. Das gepackte Chip-Design kombiniert Qubit-Chiplets, aufgebracht per Flip-Chip-Technologie, mit einer Silizium-Mutterplatine mit eingebetteten Kryo-CMOS-ICs. Die Verbindungen laufen über pressgepasste kryogene Metall-Interconnects, die gegenüber konventionellen Drahtbonds elektrisch und thermisch besser leiten.

Für Forschungsgruppen sind fertig gepackte Spin-Qubit-Chips unter dem Produktnamen „SemiQit" ab 15.000 Euro erhältlich. Abnehmer sind bislang unter anderem die Universität Basel, die Seoul National University und das IIT Delhi. Das Unternehmen erneuert sein Design nach eigenen Angaben alle sechs Monate.

Förderung und Auszeichnung

Anfang 2025 erhielt Semiqon 17,5 Millionen Euro vom European Innovation Council (EIC) Accelerator,bestehend aus einem Zuschuss über 2,5 Millionen Euro sowie bis zu 15 Millionen Euro in Eigenkapital. In der Vorrunde hatte das Unternehmen 2 Millionen Euro eingesammelt, unter anderem von Voima Ventures und Lunar Ventures.

Im Oktober 2025 wurde die Technologie von Earto, dem europäischen Verband der Forschungs- und Technologieorganisationen, in der Kategorie „Impact Expected" ausgezeichnet.

Entsteht gerade der nächste Chip-Markt?

Der globale Markt für Cryo-CMOS wird nach eigenen Angaben aktuell auf über 3 Milliarden Euro geschätzt und soll bis 2030 auf 10 Milliarden Euro wachsen. Neben Quantencomputing sieht Semiqon Anwendungspotenzial in der Raumfahrt und im Hochleistungsrechnen, etwa für Tiefraum-Instrumente oder ultradichte Chip-Architekturen.

Dass Quantencomputing dabei zunehmend in den Fokus der Halbleiterindustrie rückt, bestätigt auch der Markt: Analysten wie John Maculley von Dassault Systèmes zählen Quantencomputer neben 3D-Packaging und KI-Beschleunigern zu den Technologien, die die nächste Chip-Generation prägen werden.

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