Mit einem Konjunktur- und Zukunftspaket von 1,1 Milliarden Euro will das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in den kommenden fünf Jahren die Entwicklung von Quantentechnologien in Deutschland ausbauen und fördern. Ziel ist es, die deutsche Quantenforschung und -industrie maßgebend voranzutreiben, um im weltweiten Wettbewerb eine Spitzenposition einzunehmen. Am 11.5.2021 verkündete Anja Karliczek, Bundesministerin für Bildung und Forschung, den Startschuss des Programms.
Programm des BMBF fördert die angewandte Quantenforschung in Deutschland
Einsatzfelder für Quantentechnologien
Die Bundesregierung sieht vor allem in den folgenden drei Bereichen hohes Anwendungspotenzial: das Quantencomputing, die Quantenkommunikation sowie die Quantensensorik.
Im Fokus des Quantencomputing steht die Entwicklung des ersten Quantencomputers »Made in Germany«. Schon in den nächsten ein bis zwei Jahren soll ein Demonstrator fertiggestellt werden, so Andreas Tünnermann, Leiter des Fraunhofer IOF. Forschende des Fraunhofer IOF arbeiten bereits an Laser-Adressieroptiken für den Quantencomputer. Mit solchen photonischen Elementen lassen sich Ionen so manipulieren, dass sie sich für die Qubits erzeugung eignen. Die Rechenkapazität eines Quantencomputers kann die eines heutzutage bekannten, klassischen Computern maßgeblich übertreffen.
Ein Leuchtturmprojekt auf dem Gebiet der Quantenkommunikation stellt die BMBF-Initiative »QuNet« dar, die sich mit neuen Möglichkeiten der abhörsicheren Kommunikation befasst. Gemeinsam haben die in das Projekt involvierten Forschungsgesellschaften – die Max-Planck-Gesellschaft, die Fraunhofer-Gesellschaft sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt – bereits wichtige Grundlagen für moderne und sichere Kommunikationsstandards entwickelt. Das Fraunhofer IOF ist hierbei für die Entwicklung von Technologien verantwortlich, welche die quantenbasierte Kommunikation auf kurzen und mittleren Distanzen ermöglichen.
Darüber hinaus haben sich durch die technische Beherrschung der Quanteneffekte neue Anwendungspotenziale in der Quantensensorik und Bildgebung erschlossen. Beispielsweise wird es im medizinischen Bereich durch die Quantenbildgebung möglich werden, lichtempfindliche Proben über lange Zeiträume mit hoher Auflösung zu beobachten, ohne dass dabei Zellen beschädigt oder gar zerstört werden. Forschende am Fraunhofer IOF arbeiten daran, die nutzbaren Wellenlängenbereiche für die Quantenmikroskopie auf Bereiche wie Infrarot und UV zu erweitern.
Detailaufnahme der Adressieroptik für den Quantencomputer.
Quelle für verschränkte Photonenpaare zur hochsicheren Kommunikation via Satelliten.
Laboraufbau zur Quantenbildgebung basierend auf verschränkten Photonenpaaren.
Deutschland als führende Nation im Bereich Quantentechnologien
Mit dem BMBF-Förderprogramm soll Deutschland auf lange Sicht an der internationalen Spitze im Zukunftsfeld der Quantentechnologien positioniert werden. »Wir wollen damit sicherstellen, dass Entwicklung und Anwendung von Quantentechnologien in Deutschland und in der Europäischen Union zu einem Mehr an Hochtechnologie, zu einem Mehr an technologischer Souveränität und damit auch zu einem Mehr an Wohlstand führen«, so Anja Karliczek.