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Die vier Säulen der Quanten-Technologie

02. Dezember 2020, 14:09 Uhr   |  Gerhard Stelzer

Die vier Säulen der Quanten-Technologie
© IBM

Das »IBM Q System One« werden die Wissenschaftler der Fraunhofer-Allianz Big Data und Künstliche Intelligenz sowie des Fraunhofer-Forschungszentrums Maschinelles Lernen für die angewandte Forschung im Bereich der Quanten KI nutzen.

Die Fraunhofer-Gesellschaft hat »Quanten-Technologie« als »Strategisches Forschungsfeld« definiert, um »noch nie dagewesene Anwendungen der Messtechnik, Bildgebung, Kommunikationssicherheit und bei hochkomplexen Berechnungen« zu ermöglichen. Ein wichtiges Feld ist auch KI-Quanten-Computing.

Fraunhofer-Präsident Prof. Dr. Reimund Neugebauer hat im Rahmen einer virtuellen Pressekonferenz die aktuelle Strategie seiner Forschungsgesellschaft bei Quanten-Technologien skizziert. Quanten-Technologien ermöglichten seiner Ansicht nach »völlig neue, noch nie dagewesene Anwendungen in der Messtechnik, Bildgebung, Kommunikationssicherheit und bei hochkomplexen Berechnungen.« Deshalb hätten sie ein hohes disruptives Potenzial. In den vergangenen Jahren seien spektakuläre Durchbrüche in der Quanten-Forschung gelungen. Ziel der Quanten-Forschung bei Fraunhofer sei es, die Grundlagenforschung möglichst schnell in die Anwendung zu überführen, zum Beispiel durch hochpräzise Sensorik und sichere Quanten-Kommunikation.

Die Quanten-Physik ist die Basis vieler moderner Technologien: Milliarden elektronischer Transistoren durchdringen Lebens- und Arbeitswelten, ob als Computer, Smartphones aber auch als Steuersysteme moderner Autos und unscheinbarer Küchengeräte. Unzählige Photonen und Optiken vernetzen unsere Welt bis in den letzten Winkel. Wissenschaftler sprechen bereits von einer »zweiten Quanten-Revolution«, bei der es um die gezielte quantenmechanische Kontrolle einzelner oder weniger Elementarteilchen geht. Dies wird disruptive Veränderungen in Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft nach sich ziehen: von der Medizin zur Logistik, von der Finanzbranche bis zu den Materialwissenschaften und zu IT und Sicherheit, ist man bei Fraunhofer überzeugt.

Fraunhofer-Präsident Prof. Dr. Reimund Neugebauer hat im Rahmen einer virtuellen Pressekonferenz die aktuelle Strategie seiner Forschungsgesellschaft bei Quanten-Technologien skizziert.
© Fraunhofer

Fraunhofer-Präsident Prof. Dr. Reimund Neugebauer hat im Rahmen einer virtuellen Pressekonferenz die aktuelle Strategie seiner Forschungsgesellschaft bei Quanten-Technologien skizziert.

IBM-Quanten-Computer für Deutschland

Wenn Quanten-Technologien in die Anwendung kommen, sind die Möglichkeiten noch kaum absehbar, so gewaltig ist das Potenzial. Gibt es neue Chancen für das Klima, wenn sich die Veränderungen genauestens messen und vorherberechnen lassen? Welche neuen Produkte wird es geben, wenn sich Materialien schneller und günstiger entwickeln und prüfen lassen? Ist der Verkehrsstillstand in den Städten Geschichte, wenn Quanten-Computer für jeden einzelnen die Fahrwege optimieren? Wird es abhörsichere und souveräne digitale Infrastrukturen für Wirtschaft und Privatpersonen geben?

Die Erwartungen sind gigantisch, die Einsätze hoch. Bis 2022 stellt die Bundesregierung 650 Mio. Euro für die Erforschung von Quanten-Technologien zur Verfügung. Die EU fördert mit ihrer »Quantum-Flagship-Initiative« die europäische Forschung mit 1 Mrd. Euro in den kommenden zehn Jahren. Und die Fraunhofer-Gesellschaft bringt zusammen mit dem US-Unternehmen IBM den ersten kommerziellen Quanten-Computer als offene Forschungsplattform nach Europa. Bis Ende 2021 soll er vor Ort in Deutschland verfügbar sein. Neugebauer erwartet einen »entscheidenden Fortschritt für die deutsche Forschung und Unternehmen aller Größenordnungen«, und das »unter vollständiger Datenhoheit nach europäischem Recht«.

Fraunhofer definiert vier Säulen der Quanten-Technologien

Prof. Dr. Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft: »Für Fraunhofer ruhen Quanten-Technologien auf vier Säulen: Quanten-Kommunikation, Quanten-Sensorik, Quanten-Imaging und Quanten-Computing.«
© Fraunhofer

Prof. Dr. Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft: »Für Fraunhofer ruhen Quanten-Technologien auf vier Säulen: Quanten-Kommunikation, Quanten-Sensorik, Quanten-Imaging und Quanten-Computing.«

Selten seien sich Experten so einig gewesen, dass Quanten-Technologien zum »Game Changer« werden, zu einem Faktor, der die Welt verändert. Quantenoptische Verfahren können Einblicke in bisher unsichtbare Prozesse und Strukturen ermöglichen. Mit Quanten-Computern können hochkomplexe Berechnungen durchgeführt werden, die mit anderen Computing-Verfahren praktisch nicht möglich wären. Dies ermöglicht neue Einblicke in die Wirkungen von Molekülen und kann dazu beitragen, Medikamente effizienter zusammenzusetzen und kostengünstiger herzustellen.
Fraunhofer hat deshalb vier Schlüsselbereiche für die eigenen Forschungsaktivitäten definiert:

  • Quanten-Imaging: Weitreichende Auswirkungen auf alle Bereiche der Optik wird das Quanten-Imaging haben: In der biomedizinischen Bildgebung und medizinischen Diagnostik, der Sicherheitstechnik und der autonomen Mobilität schaffen Quanten Durchblick, wo bislang blinde Flecken sind.
  • Quanten-Kommunikation: Digitale Souveränität und Datensicherheit sind grundlegende Voraussetzungen für eine funktionierende digitale Gesellschaft. Quanten-Kommunikation schafft eine neue Qualität der Sicherheit. Fraunhofer entwickelt quantenbasierte Verschlüsselungsverfahren, die Datenleitungen künftig abhörsicher machen.
  • Quanten-Sensorik: Neue Chancen für die Medizin bietet die Quanten-Sensorik. Messen lässt sich in der Quantenwelt nicht nur mit Photonen, sondern auch mit Elektronen. Fraunhofer entwickelt mit den kleinsten Teilchen genaueste Quanten-Sensoren, wie beispielsweise im Leitprojekt zur Quantenmagnetometrie.
  • Quanten-Computing: Fraunhofer bringt zusammen mit dem US-Unternehmen IBM den ersten kommerziellen Quanten-Computer als offene Forschungsplattform nach Europa, um die Forschung auf dem Gebiet des anwendungsorientierten Quanten-Computings in Deutschland zu fördern und entscheidend voranzubringen.
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1. Die vier Säulen der Quanten-Technologie
2. Wie profitiert Künstliche Intelligenz vom Quanten-Computing?
3. Von Quanten-Sensoren zu Quanten-Computern

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