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Quantentechnologien 2.0 : Die Segel sind gesetzt

Quantenspuk im All: Eine chinesische Bodenstation nimmt Kontakt mit dem Satelliten „Micius“ auf und wartet auf den Empfang eines Quantencodes. Bild: ddp Images

Kaum jemand zweifelt daran: Die Zukunft gehört den Quantentechnologien. Die europäische Innovationskraft soll nun durch ein milliardenschweres EU-Programm angekurbelt werden.

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          Je kleiner die Objekte, desto größer die Erwartungen. Für kein Gebiet scheint dieser Satz derzeit so strikt zu gelten wie für die Quantentechnologien, die sich die bisweilen seltsam anmutenden Fähigkeiten von Atomen und Photonen zunutze machen. Rechenmaschinen, die jeden Supercomputer in den Schatten stellen, Codes, die kein noch so gewiefter Lauscher jemals knacken kann, GPS-Systeme mit Millimeterpräzision oder genaue Messfühler für die medizinische Diagnostik sind nur einige der technischen Innovationen, die einen Milliardenmarkt erschließen sollen. Damit Europa dieses Mal den Innovationszug nicht verpasst und das große Geschäft – wie so häufig – wieder China, Japan und die Vereinigten Staaten machen, hat Brüssel auf Drängen renommierter europäischer Quantenphysiker vor zwei Jahren eine Flaggschiff-Initiative auf den Weg gebracht, die im vergangenen Jahr offiziell gestartet ist.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Das auf zehn Jahre ausgelegte Programm umfasst ein Volumen von einer Milliarde Euro. Das erklärte Ziel: die Entwicklung der Quantentechnologien in Europa zu beschleunigen und diese durch die Kooperation von Instituten und öffentlichen Forschungseinrichtungen mit der Industrie möglichst schnell zur Anwendungs- und Marktreife zu führen. Dass das Quanten-Flaggschiff inzwischen Fahrt aufgenommen hat und erste Früchte trägt, konnte man in der vergangenen Woche auf einem von der Firma Zeiss ausgerichteten Symposium in Oberkochen erfahren.

          Bis Ende Februar konnten Forscher und Industriepartner Anträge für Forschungsvorhaben für die dreijährige Startphase einreichen. Wer den Zuschlag bekommt, entscheidet sich im Sommer. Die ersten Fördergelder werden im Herbst freigeschaltet. Die eine Hälfte der Mittel kommt dann aus Brüssel, die andere Hälfte aus den Mitgliedsländern. „So stellen wir sicher, dass sich kein Mitgliedsland einfach aus dem EU-Topf bedienen kann, ohne selbst in entsprechende Projekte kräftig zu investieren“, sagte Tommaso Calarco. Der Wissenschaftler von der Universität Ulm hatte vor zwei Jahren das Flaggschiff angestoßen. Für die erste Phase hätten bereits einige Dutzend kleinere und große europäische Firmen Anträge eingereicht, und das Interesse wachse.

          Revolution in der Sensorentechnologie

          Ein Unternehmen, das schon früh die Chancen der Quantentechnologien erkannt hat, ist Bosch. Das Elektronikunternehmen entwickelt gemeinsam mit Materialforschern aus Stuttgart und Ulm extrem empfindliche Quantensensoren unter anderem für die medizinische Diagnostik. Diese Sonden sind so feinfühlig, dass sie sogar noch die schwachen magnetischen Felder registrieren, die von den Spins einzelner Elektronen und Atomkerne stammen. Weil das sogar bei Raumtemperatur und ohne einen starken Magneten funktioniert, könnten die Sensoren zum Beispiel die Magnetresonanztomographie (MRT) revolutionieren, erklärte Jörg Wrachtrup von der Universität Stuttgart.

          Die Sensoren beruhen auf einem Effekt, auf den der Physiker vor Jahren gestoßen war. Er fand heraus, dass Diamantkristalle besondere Defekte besitzten, die aufgrund ihres magnetischen Moments empfindlich auf Magnetfelder reagieren, aber auch auf Wärme und elektrische Ströme. Dass sich Diamanten damit für die Sensorik nutzen lassen, lag da schnell auf der Hand. In Michael Bolle, Forschungsleiter von Bosch, fand Wrachtrup einen kompetenten Industriepartner. In fünf bis zehn Jahren, so schätzt Wrachtrup, könnten die ersten Messfühler auf den Markt kommen. In Oberkochen präsentierte er einen Prototypen. Er misst samt Elektronik nur wenige Zentimeter.

          Investoren fehlen

          Weniger rosig sieht es in Europa derzeit für die Quantenkryptographie und das Quantencomputing aus. Zwar spielt man hier in der Grundlagenforschung immer noch weit vorne mit (siehe F.A.Z. vom 28. März). Es gebe aber derzeit kein europäisches Unternehmen, das in diese Quantentechnologien so viel Geld investieren würde, wie es die amerikanischen und asiatischen IT-Unternehmen tun, beklagte Calarco. Mit der Flaggschiff-Initiative will man nun ein Zeichen setzen. Auf der Agenda steht deshalb auch die Entwicklung eines leistungsfähigen europäischen Quantencomputers. Welches Design der Rechner haben wird und wann er kommt, ist derzeit noch offen.

          Mit der EU-Förderung will man auch verhindern, dass Knowhow aus Europa abwandert, wie es derzeit zu beobachten ist. Ein prominentes Beispiel ist der chinesische Physiker Jian-Wei Pan. Er und seine Kollegen übertrugen im vergangenen Jahr erstmalig einen Quantencode in Form einzelner Photonen von Bodenstationen zu einem chinesischen Satelliten und zurück und demonstrierte damit, dass ein weltumspannendes abhörsicheres Quanteninternet keine Utopie ist. Sein Wissen hatte Pan als Postdoc in der österreichischen Arbeitsgruppe von Anton Zeilinger von der Universität Wien erworben. Zeilinger, Pionier der Quantenkryptographie und der Teleportation, wollte ursprünglich die europäische Raumfahrtagentur Esa für das Quanten-Satelliten-Experiment gewinnen. Doch die Esa konnte sich nicht entscheiden. Pan hatte nach seiner Rückkehr dagegen keine Schwierigkeiten, die staatlichen chinesischen Behörden von seinem Vorhaben zu überzeugen. Mittlerweile hat die Esa ihre verpasste Chance erkannt und wieder Interesse an einem Satellitenexperiment bekundet. In Oberkochen liefen hinter verschlossenen Türen die ersten Gespräche.

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