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Donnerstag, 16. November 2017, Ausgabe Nr. 46

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Forschung

Mit Quantentechnologien zum Erfolg

Von Jens D. Billerbeck | 29. Juni 2017 | Ausgabe 26

Von den Erfolgen der deutschen Industrie in der Lasertechnik und der Photonik konnten sich die Besucher der Messe „Laser World of Photonics“ bis gestern in München überzeugen. Erfolge, die auf dem industriellen Einsatz von Erkenntnissen der Quantenphysik basieren.

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Foto: Trumpf

Quantenphysik im Einsatz: Laser finden heute in vielen Bereichen Anwendung. Künftig sollen auch Sensoren und Computer auf Basis von Quantentechnologien zu erfolgreichen Produkten werden.

 Und auf einer zielgerichteten deutschen und europäischen Forschungspolitik, wie Peter Leibinger, stellvertretender Vorstandsvorsitzender des Maschinenbauunternehmens Trumpf, bei Messeeröffnung betonte: „Das BMBF hat hier über viele Jahre eine effektive und industrienahe Forschungspolitik betrieben.“ Sein Appell lautet, diesen Ansatz aufzunehmen und für andere Bereiche der Quantentechnologie fortzusetzen.

Foto: Trumpf/Moro

„Um Quanteneffekte der 2. Generation im Labor zu erzeugen, braucht man ganz viel klassische Photonik.“ Peter Leibinger, Stellvertretender Vorstandsvorsitzender von Trumpf.

Zusammen mit der Magnetresonanztomografie, der Satellitennavigation und der Supraleitung gehört die Lasertechnik zur 1. Generation der Quantentechnologien.

Leibinger: „Anschaulich gesagt, versetzen wir beispielsweise beim CO2-Laser eine große Menge von Molekülen in einen angeregten Zustand, indem wir das Lasermedium mit Energie versorgen, das sogenannte Pumpen. Wenn diese Moleküle ihre Energie durch einen Quantensprung wieder abgeben, entstehen Photonen, die sich durch die stimulierte Emission verstärken. Im Grunde ist das die Ausnutzung von gemittelten Quanteneffekten.“

In Zukunft, für die 2. Generation der Quantentechnologien, geht es darum, einzelne Quanten gezielt zu beeinflussen. Da kommen schwer vorstellbare physikalische Phänomenen ins Spiel, nämlich die Überlagerung (ein Quant kann mehr als einen Zustand gleichzeitig annehmen) und die Verschränkung (Beziehungen zwischen Quanten bleiben über großer Entfernungen erhalten). Wolf-Dieter Lukas, Ministerialdirektor im Bundesforschungsministerium (BMBF): „Wir wollen wissenschaftliche Erkenntnisse in ingenieurtechnische Systeme überführen, um diese Effekte zum Rechnen oder sicheren Kommunizieren nutzen zu können.“

Foto: BMBF

„Wir wollen wissenschaftliche Erkenntnisse in ingenieurtechnische Systeme überführen.“ Wolf-Dieter Lukas, Ministerialdirektor im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).

Jetzt, so Lukas, sei der Punkt erreicht, wo nicht nur die Wissenschaft Fortschritte macht, sondern auch die technischen Voraussetzungen erreicht sind, quantentechnische Systeme der 2. Generation zu beherrschen. Das hat die Europäische Kommission erkannt und ein Flaggschiffprojekt zu Quantentechnologien aufgelegt. Lukas: „Unseren Beitrag dazu wollen wir aufbringen, aber wir wollen mehr: ein nationales Programm, aber auch bilaterale Kooperationen.“

2018 soll deshalb ein nationales Programm für die Quantentechnologie der 2. Generation aufgelegt werden. „Wir reden jetzt mit der Wirtschaft, der Wissenschaft und mit potenziell Betroffenen bzw. Anwendern“, sagt Lukas. Zwischen 50 Mio. € und 60 Mio. € jährlich sollen künftig in die praktische Umsetzung der Quantentechnologie gesteckt werden.

Doch damit nicht genug: „Wir wollen außerdem Strukturen schaffen, in denen junge Menschen Ideen entwickeln können und die Technologien an realen Problemen ausprobieren können.“

Leibinger, der seit Jahren Vorsitzender des Programmausschusses Photonik beim BMBF ist, sieht die Aufgabe der näheren Zukunft darin, Ingenieure in den Entwicklungsabteilungen der Industrie für die Möglichkeiten der Quantentechnologie zu interessieren: „Sie müssen beginnen zu verstehen, was für Anwendungen daraus entstehen können. Nur wenn es uns gelingt, den Markt mit ins Spiel zu bringen, werden daraus Produkte, die auch jemand kaufen will.“ Die Schlüsselrolle der Industrie unterstreicht auch Lukas: „Fördern können wir nur, wenn es Aktivitäten gibt. Wir brauchen also Firmen, die sich interessieren, die sich von dem, was aus der Wissenschaft kommt, anregen lassen.“

Dabei beginnt der Markt schon in der Forschung. Leibinger: „Um Quanteneffekte der 2. Generation im Labor zu erzeugen, braucht man ganz viel klassische Photonik. Spezielle Laser mit genau definierten Eigenschaften, optische Komponenten für die Messung, aber auch Vakuum- und Kühltechniken.“

Praktische Anwendungen der Quanteneffekte der 2. Generation liegen in der Sensorik, der sicheren Datenübertragung, der Kryptografie sowie im Computer. Quantensensoren können in vielen Bereichen sehr viel genauer messen als klassische Messfühler.

Produkte, die Leibinger für sein Unternehmen für interessant hält und bei denen auch Lukas am schnellsten konkrete Ergebnisse erwartet: „Das ist kein riesiger Markt, aber es ist unser Markt. Die Industrie hält ihn für so interessant, dass man das nicht anderen überlassen will. Da werden ziemlich bald Umsätze generiert.“

Und auch Quantencomputer „Made in Germany“ hält der BMBF-Mann für möglich: „Alle Technologien beherrschen wir, aber am Ende braucht es den Mut von Unternehmern. Da darf man nicht nur an die großen Dax-Unternehmen denken. Wir brauchen ein Ökosystem, in dem es genügend kompetente Spieler gibt, die Mut haben und Kapital in die Hand nehmen.“

Die Lasertechnik hat es vorgemacht, wie komplexe Physik zu erfolgreichen Produkten für den Weltmarkt wird. Mit den Quantentechnologien der 2. Generation soll Gleiches gelingen. Leibinger: „Ich wünsche mir, dass über größere Forschungsprojekte in Konsortien aus Industrie und Instituten das Thema Quantentechnologie seinen manchmal etwas esoterischen Touch verliert und näher an den Markt kommt.“

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