Viel Forschung und zahlreiche Projekte auf der Messe Quantum Effects Mindestens mitmischen, besser noch: gestalten. Das ist das Quantencomputing-Credo im Ländle

Am 7. und 8. Oktober hat nunmehr die dritte und jüngste Veranstaltung „Quantum Effects“ auf dem Stuttgarter Messegelände stattgefunden. Im Mittelpunkt haben die Bestrebungen Baden-Württembergs gestanden, auf dem neuen Gebiet des Quantencomputing eine wichtige Rolle zu spielen.

Noch ist die Stuttgarter Messe Quantum Effects eine kleine Veranstaltung. Sie füllte auf dem Stuttgarter Messegelände gerade eine Halle. Doch sie ist zukunftsträchtig. Denn das Messen, Übertragen, Sichern und Rechnen mithilfe von Quanten gelten jeweils als eine der wichtigsten Zukunftstechnologien.

Zufall oder auch nicht? Am Tag der Eröffnung hat die Nobelpreiskommission die diesjährige Auszeichnung für Physik an die drei Quantenforscher, John Clarke, Michel Devronet und John Martinis, verliehen.

Rund 80 Aussteller kamen ins Stuttgarter Messegelände, etwa vierzig davon Tech-Unternehmen. Die restlichen Aussteller stammten aus Forschung, Politik oder Medien. Bosch, spezialisiert auf Quantensensorik, übernahm die Rolle des Co-Host. Das Unternehmen hat mit Bosch Quantum Sensing einen eigenen Bereich, der sich dem Thema widmet. Mit „Qsense“ gibt es im 'Länd' einen themenspezifischen Forschungs- und Anwendungsverbund mit 19 Industriepartnern sowie weiteren Beteiligten aus Baden-Württemberg.

Quanten-Sensor für freie Radikale

Eins von ihnen: das Startup SpinmagIc. Sein auf Quantenmechanismen, hier: dem Spin von Elektronen, basierender Sensor misst zuverlässig freie Radikale. Diese höchst reaktionsfreudigen Atome können chemische Verbindungen durch ihre hohen Bindungsenergien beschädigen.

Schon rein räumlich hat im Zentrum der Schau Baden-Württembergs großer Quanten-Forschungs- und Anwendungsverbund Quantum BW gestanden. Rund dreißig Beteiligte aus Forschung und Industrie haben sich hier zusammengeschlossen, um der Quantentechnologie und ihren Anwendungen auf die Sprünge zu helfen.

Viele quantenbezogene Verbundprojekte

Dazu kommen viele weitere Verbundprojekte. Zu ihnen gehören „Flaqship“, das Fraunhofer Lab for Applicaiton-oriented Quantum Computing. Beteiligt sind das Competence Center Quantum Computing Baden-Württemberg sowie das auf Software für AI und Quantencomputing fokussierte Resarch and Innovation Center for Application-oriented Quantum AI. Das Projekt steht unter der Regie der Fraunhofer-Institute IAO und IPA.

Die Verbundinitiative Squad, ebenfalls in Stuttgart präsent, befasst sich mit Quantenkommunikation und ihrer Sicherung. Beteiligt sind hier neben diversen Startups auch hier diverse Fraunhofer-Institute, das Deutsche Institut für Normung, die Quantum Alliance und die Universität des Saarlandes. Squad betreibt vor allem Technologietransfer, indem beispielsweise Testbeds zur Verfügung gestellt werden.

Enge Kooperation mit Frankreich

Die Baden-Württembergische Ministerin für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus, Nicole Hoffmeister-Kraut, betonte anlässlich der Eröffnung der Schau die Stärke des lokalen Quantentechnologie-Ökosystems. Quantencomputing soll baldmöglichst zu Applikationen und Produkten werden - auch mit Hilfe entsprechender Fördergelder des Landes.

Die Veranstaltung Quantum Effects war auch Startrampe für ein Quantentechnologie-bezogenes Kooperationsprojekt mit dem derzeit durch politische Wirren gebeutelten Nachbarland Frankreich. Es soll helfen, Europa technologisch eigenständiger zu machen. Der französische Generalkonsul Gael de Malsonneuve hebt hervor: „Das ist die erste derartige Kooperation für Frankreich.".

Preise in Quantenhardware, -software, -kommunikation und -sensorik

In deisem Jahr hat die Messer vier Firmen mit „Quantum Awards“ ausgezeichnet. Den Preis in der Kategorie Hardware erhält das Startup Quantware für den „sehr leistungsfähigen“ Quanten-Fehlerkorrekturchip „Contralto-A“ (siehe: Abbildung).

Nomad Atomicsist der Preisträger im Bereich Sensorik für den hauseigenen Quanten-Gravimeter zur exakten Schwerkraftmessung. Dieser verwendet einen auf quantenmechanischen Effekten beruhenden Inferenzmechanismus. Die Geräte werden unter anderem zur Langzeitmessung unterirdischer Strömungen, etwa von Grundwasser, verwendet.

Quantenrechnen ohne Quantenkenntnisse

Das Münchner Unternehmen Aquarios hat den Preis für Software für seine Plattform „Luna“ bekommen. Sie ermöglicht es Quantencomputing-Laien, Probleme, die sie mit Quantencomputern bearbeiten möchten, in eine Bildschirmschnittstelle einzugeben und als Service von beliebigen angeschlossenen Modellen bearbeiten zu lassen.

Die Plattform überträgt die Anfrage in ein für den jeweils gewählten Quantencomputer verständliches Format. Anwender können auswählen, welche Plattformen und welche Algorithmen sie benutzen wollen. Aber auch ein Benchmarking zwischen verschiedenen oder allen Quantenrechnern ist möglich.

Aquarios eröffnet den Zugang zu Quantencomputern von D-Wave, IonQ, Rigetti, IQM und Oxford Quantum Circuit. Zielgruppe sind hier vor allem Großunternehmen einschlägiger Branchen. Zu den Kunden gehören etwa EON oder BASF.

Quantenvorteile auch für den Mittelstand

Speziell für den Mittelstand hat Aquarios eine weitere Plattform, „Qucun“, entwickelt. Sie ermöglicht einen einfachen Einstieg ins Quantencomputing.

Anwender können außerdem ihr jeweiliges Anliegen zusammen mit Beratern von Aquarios auf den Quantencomputer bringen. Diese Leistungen sind zumindest derzeit nahezu kostenlos.

Ein Sensor für QKD

Der Preis in der Kategorie Kommunikation ging an Duotec. Das Unternehmen hat einen industriellen Sensor für QKD (Quantum Key Distribution) entwickelt. Das ist eines der Verfahren, die die Kommunikation sichern sollen, wenn Quantencomputer erst einmal in der Lage sind, jede Verschlüsselung zu knacken.

Was wird sonst derzeit erforscht und entwickelt? Es folgen einige der Beispiele, die auf der Messe zu sehen waren.

Probleme für Quantencomputer rechenbar formulieren

So befasst sich Flaqship beispielsweise damit, wie sich klasssiche mathematische Probleme auf Quantencomputern unterschiedlicher Bauart lösen lassen. Dabei werden die Quantencomputer vorläufig simuliert.

Erst danach denkt man an die mögliche Anwendung. Rein theoretisch ist das Vorhaben dennoch nicht. So konnte man auf diese Weise bereits Beiträge zur Messung der Degradation von Elektrolyseuren liefern. Dabei wird die sich quantentechnisch im Lauf der Degradation durch Metalleinträge verändernde Leitfähigkeit von Prozesswasser im Elektrolyseur gemessen, um ein rechtzeitiges Eingreifen zu ermöglichen.

DLR entwickelt Quantenrepeater

Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt arbeitet man an Quanten-Repeatern, indem eine Atomwolke bei sehr niedrigen Temperaturen in einem Magnetfeld eingesperrt, durch Laser immobilisiert und dann mit einem Photon zu beschießen. Das Magnetfeld ist dabei bereits wieder abgeschaltet.

Durch die Energie-Übertragung des Photons verschränken sich diese Atome und nehmen die Information des Photons in Form ihrer spezifischen Vibration auf. Verlassen sie bald darauf den verschränkten, Energie-angereicherten Zustand wieder, wird ein Photon emittiert, das dieselben Informationen weitertransportiert, die zuvor vom ersten Photon aufgenommen wurden.

Basierend auf diesem Mechanismus, sollen bis 2027 Quanten-Repeater entstehen. Man braucht diese, um Quantennetzwerke über lange Distanzen aufzubauen.

Kyrostaten-Kabel charakterisieren

Das Verbundprojekt IQST (Integrated Quantum Science and Technology) fördert unter anderem in einem Graduiertenkolleg elf Doktoranden, die ein von einer Universität zusammen mit einem Industrieunternehmen entwickeltes Forschungsprojekt bearbeiten.

Jan Pussheiler beispielsweise hat die Doktorandenrolle in einem Projekt mit dem Kyrostaten-Hersteller Qinu, dem Karlsruher Institut für Technologie und der Universität Stuttgart inne. Seine Aufgabe: Mit einer neuartigen Methode die Kabel von Kyrostaten charakterisieren.

Er verwendet dazu Widerstände mit bekannten Kennwerten, die er in den Kyrostaten einbringt. Da deren Daten bekannt sind, lässt sich daraus und der eingekoppelten Leistung die Induktivität des supraleitenden Kabels genau berechnen. Das geschieht bei 20 Millikelvin (mK). „Bisher konnte man hier nur simulieren. Das ist mit dieser Methode nicht mehr nötig“, sagt der Wissenschaftler.

Software für Multi-Quantencomputer

Ein weiteres Doktorandenprojekt, an dem diesmal die Universität Stuttgart und IBM beteiligt sind, beginnt gerade. Es läuft vier Jahre. Mit seinem Thema greift es weit in die Zukunft.

Denn hier sollen Algorithmen entstehen, die Algorithmen für einen Quantencomputer auf mehreren, eventuell sogar unterschiedlichen Quantencomputern parallel lauffähig machen. Die besondere Problematik besteht hier darin, dass Verbindungen zwischen Quantencomputern weitaus weniger zuverlässig sind als etwa Ethernet.

Fazit

Auch wenn vieles noch in den Anfängen steckt, konnte man in Stuttgart interessante Ansätze sehen. Vor allem aber scheinen Industrie, Politik und die heranreifende Forschergeneration wild entschlossen, technologisch ganz vorn mitzumischen.

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