Wie das Rad, die Dampfmaschine oder die Mondlandung: Die Entwicklung von Quantentechnologien prägt den technologischen Fortschritt und damit unsere Zukunft entscheidend. Inzwischen sind Bauteile und Instrumente, die sich Quantenverhalten zunutze machen, nicht mehr wegzudenken aus Industrie und täglichem Leben. Sie stecken als Transistoren in unseren Handys und elektrischen Geräten, werden für Displays wie LEDs (Light-emitting Diodes) eingesetzt oder sind die Grundlage von Lasern. Moderne Kommunikation, Datenübermittlung und generell Elektronik wären ohne die Ausnutzung des Quantenverhaltens von beispielsweise Licht nicht denkbar. Die erste Quantenrevolution hat uns alle längst erreicht.
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Nun stehen wir am Anfang einer zweiten Quantenrevolution - und dazu gehört das Quantencomputing, auf das wir in unseren Forschungsarbeiten einen Schwerpunkt legen. Die auf Quantenbits basierenden Quantencomputer können gewaltige Datenmengen in komplexen Berechnungen oder Simulationen verarbeiten, die mit derzeitigen Computern Jahre dauern würden. Die Einsatzgebiete reichen dabei von KI und Medizin über Satellitenbetrieb und Datenübermittlung bis hin zur Grundlagenforschung in Physik und Chemie. Durch die Forschung in diesem Bereich können Quanteneffekte für neuartige Technologien genutzt werden, die ganze Industriezweige entstehen lassen könnten.
Doch noch ist die Erforschung der Technologie nicht so weit. Wir beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erforschen daher mit der Quantencomputing-Initiative verschiedene Ansätze für die Entwicklung und arbeiten alle an dem großen Ziel: gemeinsam mit Partnern den ersten einsatzfähigen, programmierbaren Quantencomputer in Deutschland bereitzustellen. Und da kommst DU ins Spiel!
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Was bietet dir das DLR?
Das DLR bündelt in der Quantencomputing-Initiative mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) deutschlandweit die Kompetenzen von Industriepartnern, Forschungsgruppen und Startups. So entstehen Kooperationen und Vernetzungen, mit denen gemeinsam die ersten deutschen Quantencomputer entwickelt werden. Die großen Innovationszentren der Initiative, in denen die Partner zusammenarbeiten, befinden sich in Hamburg und Ulm. Auf nationaler und auf europäischer Ebene findet ein Austausch mit anderen Konsortien statt.
Die vom DLR geleitete Initiative wird Hardware, Software, Anwendungen und die notwendige Zulieferkette entwickeln. Neben den bereits in Deutschland verfolgten Technologien zum Bau eines Quantencomputers (Atom- oder Ionenfallen, supraleitende Schaltkreise oder andere geeignete Quantensysteme als Qubits) werden auch weitere komplementäre Ansätze erforscht.
Im Bereich der Quantentechnologien haben wir am DLR bereits mehrjährige Erfahrung aufgebaut: Mit unserem Institut für Quantentechnologien in Ulm und unserem Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik in Hannover forschen wir an den neuesten Entwicklungen. Beide Institute sind zum Beispiel am Experiment BECCAL (Bose-Einstein Condensate and Cold Atom Laboratory) als Grundlagenexperiment für Quantensensoren auf der Internationalen Raumstation ISS beteiligt.
Unser Galileo Kompetenzzentrum an unserem Standort in Oberpfaffenhofen überführt unter anderem die Forschungsergebnisse der Quantentechnologien zusammen mit der Industrie in den kommerziellen Markt für GNSS-Dienste (Globale Satelliten-Navigationssysteme).
Weitere DLR-Institute arbeiten bereits seit vielen Jahren an der Softwareentwicklung und Anwendungsanalyse für Quantencomputer, wie zum Beispiel das Institut für Softwaretechnologie oder das Institut für Kommunikation und Navigation. Die Fragestellungen umfassen unter anderem Post-Quantum-Kryptographie, Quantum-Machine-Learning, Planungsoptimierung für Satellitenbetrieb und Simulation chemischer Redox-Reaktionen für die Entwicklung von Batteriesystemen. Die Forschungsprojekte haben stets auch einen industriellen Anwendungshintergrund.
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Dr. Karla Loida ist strategische Projektmanagerin bei der DLR Quantencomputing-Initiative.