Quanten-Sensorik, Quanten-Kommunikation, Quanten-Rechner, Quanten-…… Quantentechnologie-Gipfel von Bitkom

Autor / Redakteur: M.A. Jürgen Höfling / Ulrike Ostler

Auf dem digitalen „Quanten-Summit“ 2021 vom Branchenverband Bitkom Ende Mai sind die verschiedenen technologischen Ansätze ebenso diskutiert worden wie mögliche Anwendungen, die Integration der Quantentechnologie in vorhandene Systemumgebungen sowie digitalpolitische Rahmenbedingungen.

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Der „Quanten-Summit“ von Bitkom Ende Mai hat die Quantentechnologie in Europa umfassend in den Blick genommen.
Der „Quanten-Summit“ von Bitkom Ende Mai hat die Quantentechnologie in Europa umfassend in den Blick genommen.
(Bild: Bitkom e.V)

Die Quantentechnologie-Gipfelkonferenzen (neudeutsch „Summits“ genannt) reihen sich fast nahtlos aneinander in endlosen Video-Streams. Ende Mai hat der Bitkom e.V. seine Konferenz live ins Netz gebracht.

Das Thema Qunatencomputing wird derzeit von vielen als das „nächste große Ding“ angesehen, es fließt weltweit viel Steuergeld in den Bereich, die Forschungsförderer in Industrie und staatlicher Exekutive haben alle Angst etwas zu verpassen. Gebende und Nehmende stehen unter hohem Druck, die Erwartungshaltung ist riesig.

An der Bitkom-Veranstaltung fällt zunächst einmal angenehm auf, dass man die Sache nicht auf das Knaller-Thema Quantencomputer oder gar auf den weltweiten Qubit-Wettlauf einengt, sondern über das gesamte Spektrum der Quantentechnologie diskutiert, sprich von der Quanten-Kommunikation über die Quanten-Messtechnik bis hin zur (Post-)Quanten-Kryptografie und den verschiedenen (Hard- und Software-)Facetten des Quantencomputers.

Die Rolle der Messtechnik

Gerade die quantenbasierte Messtechnik (englisch: „Quantum Sensing“) ist anwendungsseitig ein hochinteressantes Feld, bei dem die deutsche Forschung und Industrie besonders stark ist und die durchaus indirekt – beispielsweise über die Quanten-Lithografie - auch Relevanz für das Quantencomputing und die Rechenzentren der Zukunft hat. Einmal ganz abgesehen von der Tatsache, dass ein Gutteil von Quantencomputing ohnehin aus präzisem Detektieren und Messen besteht.

Ironischerweise verwandelt sich in der quantenbasierten Messtechnik das Phänomen „instabiler“ Quantenzustände, das die Entwicklung praxistauglicher Quantencomputer und Quantenkommunikationstechnik so schwierig macht, in das Phänomen „höchste Mess-Empfindlichkeit“, wodurch physikalische Größen wie Druck, Temperatur, Position, Zeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung, elektrische und magnetische Felder oder die Gravitation mit bislang unerreichter Genauigkeit gemessen werden können.

Quanten-Metrologie und Ionenfallen-Computer

„Staatlich bestallte“ Champions im Messen und Kalibrieren sind die jeweiligen nationalen Metrologie-Institute. In Deutschland ist das die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) mit Hauptsitz in Braunschweig. Und da man mit der quantenbasierten Messtechnik schnell mittendrin in der gesamten Quantentechnologie ist, baut die PTB seit 2019 ein anwendungsnahes Quantentechnologie-Kompetenzzentrum (QTZ) auf, das die Basis zur Unterstützung industrieller Entwicklungen der Quantentechnologie bilden soll, „ganz speziell für Start-Ups sowie kleine und mittelständische Unternehmen“, so der QTZ-Leiter Nicolas Spethmann in seinem Vortrag auf dem Bitkom-Quanten-Summit.

Christian Tutschku von Fraunhofer IAO zeigt unter anderem auf, welche bekannten Hardware-Hersteller in Sachen Quantencomputer unterwegs sind.
Christian Tutschku von Fraunhofer IAO zeigt unter anderem auf, welche bekannten Hardware-Hersteller in Sachen Quantencomputer unterwegs sind.
(Bild: Bitkom/Ostler)

Die Voraussetzungen in der PTB für ein derartiges Kompetenzzentrum seien ideal, denn zum einen besitze die PTB eine international anerkannte fachliche Kompetenz in diversen Gebieten der Quantentechnologie und zum anderen sei die Unterstützung der deutschen Wirtschaft im Bereich des Messwesens ein originärer Teil des gesetzlichen PTB-Auftrags.

Das QTZ baue auf diesen Grundlagen auf, gehe aber weit darüber hinaus. Zur Unterstützung der Industrie würden Anwenderplattformen mit Apparaturen, Messplätzen und Demonstratoren aufgebaut, ergänzt durch Büros für den zeitweiligen Aufenthalt von Partnern und Kunden, so Spethmann in seinem Vortrag. Die Messplätze sollen, unterstützt von Personal und Infrastruktur der PTB, von externen Partnern/Kunden zur Entwicklung unterschiedlicher Quantentechnologien genutzt werden können. Darüber hinaus werde das QTZ praktische Schulungen und Seminare für Quantentechnologien anbieten.

Besonders wies Spethmann auf die umfangreiche Ausstattung der PTB hin, mit der die Qualität von Ionenfallen – Grundbausteine für einen der aussichtsreichsten Quantencomputer-Typen – bewertet und zertifiziert werden kann. Die Probe aufs Exempel von Equipment und fachlicher Kompetenz wird nicht zuletzt in dem Großprojekt „Ionenfallen-Quantencomputer“ gemacht, das im Rahmen des „Quantum Valley Low Saxony“ durchgeführt wird, unter der Ägide der Leibniz-Universität Hannover und in enger Partnerschaft mit der PTB. Im Endstadium sollen dabei 50 Qubit auf einem einzigen Chip integriert werden.

Quantencomputer-Bau als technologische Messlatte?

Das „Lower Saxony Quantum Valley“ ist bekanntlich nicht das einzige „Valley“, das sich am Bau eines Quantencomputers versucht. Im „Quanten-Valley“ nördlich von München hat man Ähnliches im Blick. Die Frage ist, für wie sinnvoll man so eine „Quantenrechner-Olympiade“ hält und ob nicht andere Aspekte dadurch aus dem Blick geraten.

Wolfgang Mauerer, Informatik-Professor an der Ostbayerischen Technischen Hochschule in Regensburg und Senior Key Expert bei Siemens wurde auf dem Bitkom-Quantengipfel ziemlich deutlich: Er bezweifelte, dass es eine gute Idee ist, mit aller Kraft in einem Rennen, wo Deutschland und Europa eher auf Platz 2 oder 3 sind, unbedingt den Spitzenplatz erreichen zu wollen, wenn es an anderer Stelle viele Aufgabenstellungen gibt, die viel eher spielentscheidend sind.

Mauerer nannte in diesem Zusammenhang die Einpassung von Quantencomputern in Systemumgebungen, was absolut nicht trivial sei, die Entwicklung von Software, die nicht nur von Quantenphysiker*innen bedient werden kann und die Integration von Quantencomputing in komplexe Industrie-Umgebungen. „Wir sollten in konkreten Projekten in Europa zusammenarbeiten“, forderte Mauerer.

Bob Sorensen, Senior Vice President & Chief Analyst Quantum Computing bei Hyperion Research, erläutert hier anhand des Quantum Reports von Michael Kurek, dass weder entschieden ist, welche Quantencomputer-Technik das rennen macht, noch welcher Anbieter.
Bob Sorensen, Senior Vice President & Chief Analyst Quantum Computing bei Hyperion Research, erläutert hier anhand des Quantum Reports von Michael Kurek, dass weder entschieden ist, welche Quantencomputer-Technik das rennen macht, noch welcher Anbieter.
(Bild: Bitkom/Ostler)

Auch Professor Claudia Linnhoff-Popien, Inhaberin des Lehrstuhls für Mobile und Verteilte Systeme am Institut für Informatik der LMU München, plädierte an anderer Stelle der Bitkom-Veranstaltung dafür, das Thema Quantencomputing „applikationsorientiert“ anzugehen. Linnhoff-Popien meinte, eine Fluglinie flöge ja auch mit mehreren Flugzeugtypen und baue nicht selbst Flugzeuge. Um im Bild zu bleiben: Vielleicht sollte im Quantencomputing der deutsche und europäische Schwerpunkt nicht im Flugzeugbau, sondern in der systemischen intelligenten Verknüpfung von Flugzeugen und Flugbewegungen liegen.

Andererseits sagt einem ein Stück Lebensweisheit, dass man bestimmte Grundlagen-Techniken nicht aus der Hand geben sollte und man in dieser Welt nicht blauäugig darauf bauen kann, dass jeder mit jedem seine Fertigkeiten und Expertise zu teilen bereit ist. Zu Recht wies deshalb Alexander Tettenborn, Referatsleiter Digitale Technologien im Bundesministerium für Wirtschaft und Verkehr, auf diese simple Lebenserfahrung hin und sprach in diesem Zusammenhang vom „Trump-Trauma“.

Quantencomputer im Co-Design

Die Aussage, dass die Wahrheit „in der Mitte ist“, ist sicher banal und oft auch falsch, trotzdem gibt es bei der Themen-und Aktivitäten-Fokussierung in der Quantentechnologie kaum ein „völlig richtig“ einerseits und ein „gänzlich falsch“ andererseits. Vermutlich muss man das eine tun, ohne das andere zu lassen.

Dabei kann eventuell das Projekt eines applikationsorientierten Quantenrechners, der im Co-Design von der finnisch-deutschen Firma IQM entwickelt wird, von Nutzen sein. „Wir glauben, dass wir mit unserem kollaborativen Design-Ansatz schneller die „Quanten-Überlegenheit“ zeigen können als mit einem General-Purpose-Ansatz, wie ihn viele andere Projekte verfolgen, sagt Jan Goetz, CEO von IQM, auf dem Bitkom-Summit.

Vielleicht ist das eine Richtungsangabe, die weiterführt. Denn immerhin baut IQM zusammen mit dem finnischen Forschungsinstitut VTT einen echten Quantencomputer auf Supraleitungsbasis, versucht aber immer, die Applikation beziehungsweise die Systemumgebung im Blick zu behalten.

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