Am Campus Garching der Technischen Universität München (TUM) ist das Zentrum für Quantum Engineering (ZQE) eröffnet worden. Die zentrale wissenschaftliche Einrichtung soll Quantentechnologien aus dem Labor näher an praktische Anwendungen bringen – von Quantencomputing über abhörsichere Kommunikation und hochpräzise Sensorik bis hin zu Simulationen neuer Materialien.

Rund 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten künftig am ZQE. Im Mittelpunkt stehen festkörperbasierte hybride Quantensysteme, also Forschungsfragen an der Schnittstelle von Grundlagenforschung und Anwendung. Das Ziel klingt auf dem Papier nüchtern, ist aber ziemlich weitreichend: Einzelne Quantensysteme gezielt zu kontrollieren, eröffnet neue Forschungs- und Anwendungsmöglichkeiten.

Ein neuer Knotenpunkt in Garching

Das ZQE bildet künftig den zentralen institutionellen und räumlichen Knotenpunkt der TUM für die Quantenforschung. München bringt dafür bereits einiges mit: das Exzellenzcluster Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST), das Munich Quantum Valley (MQV), zwei Exzellenzuniversitäten, mehrere Max-Planck-Institute und das Walther-Meißner-Institut.

Gefördert wurde der Forschungsbau mit rund 35 Millionen Euro vom Freistaat Bayern und rund 20 Millionen Euro vom Bund im Rahmen des Bund-Länder-Programms Forschungsbauten an Hochschulen. Im Zuge der Hightech Agenda Bayern kamen außerdem fünf fachlich passende Professuren einschließlich Ausstattung hinzu. Nachwuchsforschende sollen am ZQE früh interdisziplinär arbeiten und Verantwortung übernehmen können – nicht erst irgendwann, wenn alle anderen schon im Ruhestand sind.

Als zentrale wissenschaftliche Einrichtung der TUM will das Zentrum die Lücke zwischen grundlegenden Quantenphänomenen und technischen Anwendungen schließen, die sich kommerzialisieren lassen. Beteiligt sind Fachleute aus Physik, Elektrotechnik, Chemie, Mathematik und Informatik. Diese Mischung soll Forschung und Innovation im Quantum Engineering voranbringen. Wer neugierig auf den Baufortschritt ist: Auf der Website des ZQE wird auch auf eine Webcam der ZQE-Baustelle verwiesen.

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Drei Schwerpunkte, viele Schnittstellen

Die Arbeit am Zentrum gliedert sich in drei interdisziplinäre Schwerpunkte: hybride Quantenbauelemente und Quantenschaltkreise, funktionale Quantenmaterialien sowie die Modellierung komplexer Quantensysteme. Die Ergebnisse sollen zentrale Anwendungsfelder der Quantentechnologien weiterentwickeln.

Bayerns Wissenschaftsminister Markus Blume hob bei der Eröffnung die Verbindung von Theorie und Praxis sowie von Grundlagenforschung und Ingenieurwissenschaften hervor. Anwendungen der Quantenforschung seien unter anderem für Smartphones, Laser, das Internet und die moderne Medizin relevant. Künftige Quantencomputer könnten nach seinen Angaben Aufgaben bewältigen, die für heutige Rechner zu komplex sind.

TUM-Präsident Thomas F. Hofmann betonte die Zusammenarbeit von Naturwissenschaften, Mathematik, Elektrotechnik und Informatik. Daraus will die TUM neue Technologien entwickeln und das Münchner Innovationsökosystem nutzen, einschließlich des MCQST.

Die Parlamentarische Staatssekretärin im Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt, Silke Launert, bezeichnete das ZQE als bundesweit herausragendes Zentrum für die Erforschung und industrielle Nutzung von Quantentechnologien. Nach ihren Angaben soll es zur technologischen Souveränität Deutschlands und Europas beitragen und international als Innovationsmotor wirken.

Was aus Quantencomputern werden könnte

Das Munich Quantum Valley beschreibt Quantencomputing als mögliche Schlüsseltechnologie für industrielle Anwendungen und die akademische Forschung. Erwartet werden effizientere Lösungen von Optimierungsproblemen, quanten-gestütztes maschinelles Lernen mit höherer Leistungsfähigkeit als klassische künstliche Intelligenz und präzisere Simulationen quantenmechanischer Systeme.

Bis dahin ist allerdings noch einiges zu tun. Benötigt werden weitere Fortschritte bei Hardware, Software und Quantenalgorithmen. Wissenschaftler:innen des Munich Quantum Valley entwickeln deshalb prototypische Algorithmen für mögliche künftige Anwendungen – etwa in der Logistik und im Automotive-Bereich, aber auch in der Medizin.

Parallel läuft eine eher unbequeme Prüfung: Können heutige oder kurzfristig verfügbare Quantencomputer trotz erheblicher Rauschpegel schon für bestimmte Anwendungen eingesetzt werden? Oder braucht es langfristig fehlerkorrigierte Quantencomputer? Die Antwort ist offen. Genau an solchen Fragen zeigt sich, wie viel Grundlagenarbeit, Ingenieurskunst und Geduld in der schönen neuen Quantenwelt noch stecken.

Weitere Informationen gibt es unter www.zqe.tum.de und www.mcqst.de. Ergänzende Informationen zu möglichen Anwendungen des Quantencomputings bietet das Munich Quantum Valley.