Der 13. FLUXONICS-Workshop bringt vom 23. bis 26. Juni 2025 rund 45 führende Köpfe in der Forschung zu supraleitenden Schaltungen aus Japan, den USA, China und Europa mit Studierenden und Interessierten an der TU Ilmenau zusammen. Gemeinsam diskutieren sie Grundlagen, neueste Fortschritte und Anwendungen supraleitender Elektronik für eine nachhaltige Informations- und Kommunikationstechnologie.
Forschung
Supraleitende Mikroelektronik: Workshop beleuchtet Potenzial energieeffizienter Schaltungen
Ob Cloud Computing, Streaming oder Suchanfragen: Im Zuge der Digitalisierung wächst der Energiebedarf technologischer Infrastrukturen stetig. Besonders der rasante Aufstieg von Künstlicher Intelligenz (KI) und Quantencomputing treibt den Energieverbrauch von Rechenzentren weltweit in die Höhe. Angesichts dessen suchen Forschende weltweit nach Lösungen, um die Energieeffizienz und Verarbeitungsgeschwindigkeit elektronischer Systeme zu verbessern. Als eine Schlüsseltechnologie könnte sich dabei die supraleitende Elektronik erweisen. Sie steht im Mittelpunkt eines dreitätigen Workshops an der TU Ilmenau, organisiert vom FLUXONICS e.V., der sich der Förderung dieser zukunftsweisenden und international mit hoher Intensität vorangetriebenen Technologie widmet.
Stromverbrauch von Rechenzentren seit 2010 verdoppelt
Allein in Deutschland erreichte der Energiebedarf der Rechenzentren 2024 laut Statistischem Bundesamt knapp 20 Milliarden Kilowattstanden (kWh). Damit hat sich der Stromverbrauch seit 2010 fast verdoppelt – Tendenz rasant steigend. Während weltweit führende Unternehmen wie Google planen, den wachsenden Energiebedarf ihrer Rechenzentren über kleine, modulare Atomreaktoren mit Atomstrom zu decken, arbeiten Forschende weltweit an Technologien, um die Effizienz und Geschwindigkeit elektronischer Schaltkreise zu verbessern.
Eine solche, vielversprechende Technologie ist die supraleitende Elektronik - Gegenstand des 13. FLUXONICS Workshops, der seit 2001 internationale Expertinnen und Experten an der TU Ilmenau zusammenbringt. Sie operiert bei extrem niedrigen Temperaturen und ermöglicht es so, Strom ohne Widerstand und damit verlustfrei zu leiten.
Im Mittelpunkt des diesjährigen Workshops steht der Entwurf supraleitender Mikroelektronikschaltungen basierend auf Einzelflussquanten – dem kleinsten möglichen Betrag eines magnetischen Flusses, der in einem supraleitenden Material existieren kann. Sie werden unter anderem in der Quantencomputertechnologie als Informationsträger in Quantencomputern, so genannte Qubits, verwendet und ermöglichen extrem präzise Messungen magnetischer Felder.
Von der Theorie zur Praxis
Themenschwerpunkte des Workshops reichen von den Grundprinzipien supraleitender Sensoren und Schaltungen über Designansätze und Systemintegration bis hin zu Anforderungen für die Anwendung in digitalem Quantencomputing und neuromorphen Schaltkreisen.
Die internationalen Forschungsbemühungen in diesen Bereichen zu bündeln und ein Ökosystem von der Grundlagenforschung bis zur Chipfabrikation bereitzustellen, ist entscheidend dafür, wie wir in Zukunft Energieeffizienz und Rechenleistung verbessern können
so Gastgeber Prof. Hannes Töpfer, Dekan der Fakultät für Elektrontechnik und Informationstechnik und Fachgebietsleiter Theoretische Elektrotechnik:
Gerade im Zeitalter von KI und des damit verbundenen Ressourcenhungers ist es besonders wichtig, solche Alternativen zügig vom Forschungsstadium in praktische Demonstratoren und systemische Prototypen überzuleiten.
Die Vielzahl hochkarätiger Experten bei der diesjährigen Veranstaltung unterstreicht die Bedeutung des Themas für eine nachhaltige Informationstechnologie, wie sie unter anderem auch am Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien (ZMN) erforscht wird: Während Nobuyuki Yoshikawa, Professor an der Yokohama National University in Japan, seit 2008 an der Weltspitze in der Entwicklung der energieeffizientesten (on-chip) Mikroprozessoren steht, beteiligt sich Scott Holmes maßgeblich an der Erstellung und Fortschreibung der International Roadmap for Devices and Systems (IRDS), die die zukünftige Richtung in der Entwicklung mikroelektronischer Geräte und Systeme vorgibt. Jie Ren leitet am Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT) eine Forschungsgruppe, die sich auf die Schaffung fortschrittlicher Chips spezialisiert.
Eröffnet wurde der Workshop mit einem Vortrag von Oleg Mukhanov, einem Pionier der supraleitenden Schaltkreise. 1987 erbrachte er den ersten experimentellen Nachweis für supraleitende Digitalschaltungen. Seitdem haben seine Beiträge vor allem im Bereich der supraleitenden digitalen Elektronik und in der Anwendung von Josephson-Kontakten in Quantencomputern und hochsensiblen Messinstrumenten die Grundlagen für die kommerzielle Anwendung supraleitender Digitalschaltungen gelegt.
„An der Schwelle zu einer neuen Ära der Elektronik“
Um solche Schaltungen in die Praxis zu überführen, stehen Wissenschaft und Industrie trotz des vielversprechenden Potentials der supraleitenden Elektronik noch vor vielfältigen Herausforderungen, erklärt Prof. Töpfer:
Dazu gehören insbesondere die technologische Komplexität der mikroelektronischen Schaltungen und deren Einbindung in Kühlungssysteme, die notwendig sind, um die extrem niedrigen Betriebstemperaturen zu erreichen.
Diskutiert wird im Rahmen des Workshops an der TU Ilmenau daher auch die Bedeutung der Forschung und Entwicklung in Materialwissenschaft und Kryotechnologie, um praktikable und wirtschaftliche Lösungen für die Massenanwendung zu entwickeln.
Wir stehen an der Schwelle zu einer neuen Ära in der Elektronik, in der die Forschung und Entwicklung in der supraleitenden Elektronik, die durch Veranstaltungen wie den FLUXONICS Workshop vorangetrieben werden, eine Schlüsselrolle auf dem Weg zu einer technologischen Zukunft spielen könnten, in der der Energiebedarf unserer digitalen Infrastrukturen nicht auf Kosten unseres Planeten geht. Der Forschungsbedarf ist hoch und solche Austausche über Kontinente hinweg helfen, die Arbeiten zu fokussieren und von Best Practice zu lernen.
so Prof. Töpfer.
Kontakt
Prof. Hannes Töpfer
Fachgebietsleiter Theoretische Elektrotechnik