Bewertung der Deep-Tech-Zentren Rangliste der weltweit führenden Quanten-Cluster

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dtm Datentechnik Moll GmbH

In puncto Quantentechnologien führt Karlsruhe mit dem KIT bundesweit im bundesdeutschen Vergleich. Weltweit und in der EU findet sich das Cluster unter der Top 10. Es geht um enorme Rechenleistung, ultrapräzise Sensoren oder hochmoderne Verschlüsselung.

Das ECIPE-Quantum-Projekt ( European Centre for International Economy) hat sich die Identifizierung von Innovationszentren in jedem Land vorgenommen, in denen bedeutende Fortschritte im Bereich der Quantenphysik erzielt werden, bezeichnet als Quantencluster. Der Einstufung vorausgeschickt hat ECIPE Grunsätzliches: Die Quantenforschung und -entwicklung erfordere eine hochspezialisierte, kapitalintensive Infrastruktur, die nicht ohne Weiteres dupliziert werden könne, heißt es da.

Der Talentpool sei ebenfalls äußerst knapp und konzentriere sich auf eine kleine Anzahl von Physik- und Ingenieursgruppen, was zu geografischen Engpässen führe. In Verbindung mit langen Vorlaufzeiten bis zur Marktreife und noch nicht ausgereiften Lieferketten bedeuteten diese Einschränkungen, dass echte Quanteninnovationen nur dort entstünden, wo bestimmte Fähigkeiten und Institutionen zusammenkämen.

Gleichzeitig erfordere die überwältigende Komplexität der Technologien eine umfassende interregionale Vernetzung zur Wissensintegration. Daher sei ein erfolgreicher Quanten-Cluster kein in sich geschlossener Knotenpunkt, sondern der effektivste Knotenpunkt in einem globalen und verteilten Netzwerk. Dies mache Quantencluster besonders wichtig für politische Maßnahmen, die auf eine stärkere Koordinierung zwischen Industrie, Forschung und Regierung sowohl auf lokaler als auch auf globaler Ebene abzielten.

Die Bewertungskriterien

Das ECIPE-Papier präsentiere eine erste strukturierte Rangliste von Quanten-Clustern. Die Einführung setzt hinzu: nicht, um Narrative der Überlegenheit zu verstärken, sondern um leistungsstarke Regionen aufzuzeigen und zu verdeutlichen, wo echte Fähigkeiten liegen und wo noch Lücken bestehen. Diese Analyse biete insofern eine klarere Grundlage für die Gestaltung gezielter politischer Maßnahmen in den Bereichen Investitionsförderung, Talententwicklung und Infrastrukturplanung.

Die Betrachtung der Quantenphysik aus der Perspektive von Clustern könne politischen Entscheidungsträgern helfen, so die Hoffnung, die externen, institutionellen und unternehmensbezogenen Faktoren zu verstehen, die die Wettbewerbsfähigkeit im Bereich der Quantenphysik beeinflussten, und ermögliche so integriertere Strategien und eine stärkere Zusammenarbeit zwischen den Interessengruppen.

Quanten- und Quanten-Quasi-Cluster

In diesem Bericht unterscheiden wir zwischen Quanten- und Quanten-Quasi-Cluster.

Ein Quanten-Cluster ist demnach ein geografisch konzentriertes Ökosystem aus Start-ups, Unternehmen, Universitäten, Forschungsinstituten und Regierungsbehörden, das folgende Mindestanforderungen erfüllt:

• Startup-Finanzierung: Ein Cluster gilt als solcher, wenn er entweder mindestens zwei Startups mit einer offengelegten Gesamtfinanzierung von mindestens 10 Millionen Dollar oder mindestens ein Startup mit einer Finanzierung von mindestens 25 Millionen Dollar beherbergt.

• Institutionelle Präsenz: Darüber hinaus muss ein Cluster mindestens fünf Institutionen – aus Forschung, Industrie oder Regierung – beherbergen, die aktiv an Quantenaktivitäten beteiligt sind.

Ein Quasi-Quanten-Cluster ist ein geografisches Gebiet, in dem Quantenaktivitäten zwar bereits Gestalt annehmen, aber noch nicht die kritische Masse erreicht haben, die erforderlich ist, um als ausgereifter, sich selbst tragender Innovationshub zu fungieren. In der Regel fehlt es ihm an einer ausreichenden Konzentration von Institutionen und/oder der Präsenz oder einer substanziellen Finanzierung eines Quanten-Startups. Daher zeigt es zwar frühes Potenzial, weist aber noch nicht die Dichte und Breite auf, die für einen voll entwickelten Quanten-Cluster charakteristisch sind.

Die Auswahl

Die für das Ranking zugrundeliegende Untersuchung identifiziert und bewertet 45 Quanten-Cluster weltweit (siehe: Tabelle) und 86 Quasi-Cluster im Bereich Quantenforschung. Letztere werden jedoch nicht detailliert ein gestuft, da ihnen noch die notwendigen Komponenten fehlen, Die 45 ausgewählten Regionen, so ECIPE, werden die Zukunft der globalen Quantenlandschaft am ehesten prägen.

Die Rangliste spiegelt den Durchschnitt der Bewertungen in drei Dimensionen wider, die jeweils aus drei zugrunde liegenden Indikatoren bestehen:

Dimension 1, Marktorientierung - Hier wird bewertet, inwieweit die Quantenaktivitäten eines Cluster auf die Kommerzialisierung ausgerichtet sind. Sie spiegelt den Umfang und die Intensität der Investitionen in Quantenunternehmen sowie den Grad der Beteiligung der Industrie an Quantenteams wider.

Dimension 2, Intensität der Zusammenarbeit. Hier wird gemessen, wie aktiv und strategisch ein Cluster Partnerschaften eingeht. Diese Dimension erfasst das Volumen der Kooperationen, die Offenheit für internationale Partnerschaften und die Rolle des Cluster als Verbindungsglied innerhalb des globalen Quantennetzwerks.

Dimension 3, Reife des Ökosystems. Hier werden die institutionellen Grundlagen und die Produktivität des lokalen Innovationsumfelds bewertet. Man misst, wie gut quantenaktive Institutionen integriert sind und in der Lage sind, langfristiges Quantenwachstum aufrechtzuerhalten.

Die Top 5, 10 und das obere Mittel

Basierend auf diesen drei Dimensionen führt Cambridge, Großbritannien, das globale Ranking an, dicht gefolgt von Greater Helsinki, Finnland, Oxford, Großbritannien, der San Francisco Bay Area, USA, und Greater Glasgow, Großbritannien. Zusammengefasst heißt es in dem Paper: „Die Top 5 spiegeln die anhaltende Dominanz etablierter akademischer und technologischer Ökosysteme in Großbritannien und den USA wider.“

Allgemeiner betrachtet entfallen zehn der 15 führenden Cluster auf den englischsprachigen Raum, darunter Zentren in Australien, Canberra, und Kanada, Toronto–Waterloo. Die EU ist mit zwei Clustern unter den ersten drei vertreten – Helsinki und Karlsruhe –, während Israel mit Tel Aviv, China mit Hefei und die Schweiz mit dem Großraum Genf–Bern jeweils einen Beitrag leisten.

Das mittlere Drittel der Rangliste ist geografisch vielfältiger. Hier finden sich starke europäische Ökosysteme wie Kopenhagen, Paris, die Randstad-Region und München sowie die chinesischen Cluster Peking und Shanghai. Diese Ökosysteme zeichnen sich durch eine rege wissenschaftliche Aktivität aus, liegen jedoch in Bezug auf die Kommerzialisierungsergebnisse im Allgemeinen hinter ihren anglophonen Pendants zurück.

Das untere Drittel

Das untere Drittel besteht aus weniger entwickelten Clustern, die noch dabei sind, institutionelle Kapazitäten, Markt-Pipelines und internationale Verbindungen aufzubauen. Chinesische Cluster wie Shenzhen–Hongkong–Guangzhou, Hangzhou und Suzhou sind in Bezug auf das institutionelle Engagement noch vergleichsweise weniger ausgereift.

Ebenso zeigen Cluster in Spanien und Berlin vielversprechende Forschungskapazitäten, sind jedoch hinsichtlich ihrer Größe und der Beteiligung der Industrie eingeschränkt. Aufstrebende Ökosysteme in Bangalore, Dubai und Seoul stellen wichtige Einstiegspunkte für Quantenforschung und Unternehmertum dar, arbeiten jedoch derzeit in kleinerem Maßstab als etabliertere Marktführer.

Die Quantenforschung am KIT

Die Quantentechnologie-Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) deckt nach eigenen Angaben ein breites Spektrum ab – von der Grundlagenforschung an Quantenmaterialien bis hin zur Entwicklung und Realisierung anwendungsorientierter Systeme für Zukunftstechnologien. Zu den zentralen Themen gehören Quantenmaterialien und deren Integration in funktionale Bauelemente, darunter Quanten-Spintronik und molekulare Quanten-Spin-Systeme, supraleitende Quantenschaltkreise sowie hybride Quantenarchitekturen, die Spins, Photonen und supraleitende Schaltungen koppeln, und mit der die Forschenden Quantenschlüssel übertragen, testen und weiterentwickeln.

Zu den bedeutendsten Durchbrüchen der vergangenen Jahre zählt das Institut die Entdeckung einer neuen Klasse optisch adressierbarer molekularer Spins mit außergewöhnlicher optischer Kohärenz. Um das Potenzial dieser Systeme für die Quantenkommunikation zu demonstrieren, haben die Forschenden des KIT eine 20 Kilometer lange Glasfaserverbindung zwischen dem Campus Nord und dem Campus Süd des KIT eingerichtet, mit der die Forschenden Schlüssel übertragen, testen und weiterentwickeln.

Darüber hinaus wollen sie ein Quantennetzwerk aufbauen, das unter anderem die Verknüpfung von Quantencomputern ermöglicht. Parallel forschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der optischen Auslesung von Quantensystemen und der Kopplung molekularer Nanostrukturen mit Photonen – entscheidende Schritte auf dem Weg zu skalierbaren Quantenarchitekturen.

Die Bewertung durch ECIPE

Die Bewertung des ECIPE-Ranking hebt das KIT als „Top Research Collaborator“ hervor. In der Subkategorie „externe Zusammenarbeit“ belegt die Stadt weltweit den ersten Platz, in der Gesamtbetrachtung aller Kooperationen Rang drei.

Darüber hinaus bescheinigt die Studie dem Quanten-Cluster in Karlsruhe mit Platz zwei die Fähigkeit, Brücken zwischen ansonsten getrennten wissenschaftlichen und technologischen Gemeinschaften zu schlagen („bridging power“).

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