Das Feld der Quantenforschung entwickelt sich weltweit in rasantem Tempo. Vom Verständnis grundlegender Zusammenhänge geht es immer mehr hin zu technologischen Anwendungen. Waren es bei der ersten Quantenrevolution noch Transistoren, Laser oder GPS, die erstmals Quanteneffekte – technologisch perfektioniert – ausgenützt haben, eröffnen sich heute Möglichkeiten, Quantensysteme gezielt zu manipulieren und die Quantenphänomene Verschränkung und Überlagerung für neuartige Anwendungen nutzbar zu machen. Und erste Schritte auf diesem Weg sind bereits geglückt: An den beiden Standorten des ÖAW-Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation in Innsbruck und Wien (IQOQI Innsbruck und IQOQI Wien) konnte beispielsweise gezeigt werden, dass verschränkte Vielteilchensysteme prinzipiell zum Rechnen und zur Simulation eingesetzt werden können oder dass mit verschränkten Photonen ganz neue Sicherheitsstandards in der Kryptografie gesetzt werden können.
Der Weg zur breiten Anwendung ist aber noch ein weiter: Zum Rechnen-, Detektieren- oder Schalten-Lernen mit den entsprechenden Quanten-Bauteilen, den „Qubits“, ist eine enge Kooperation zwischen Grundlagenforschung und Industrie notwendig. Gilt es doch, Qubits in größere Verbundsysteme zu integrieren. Und das ist schon allein deshalb schwierig, weil Qubits ihre faszinierenden Eigenschaften nur bei extrem tiefen Temperaturen erhalten.
Quantenforschung zeigt Flagge
Jetzt aber müssen die Herausforderung in Richtung Anwendung in Europa angenommen werden, wenn die exzellente Grundlagenforschung hierzulande auch technologische Früchte tragen soll. Deshalb hat die Europäische Kommission eine Flagship-Initiative zur Förderung der Quantentechnologien gestartet. Dieses „Quantum Flagship“ wurde beim diesjährigen Europäischen Forum Alpbach im Rahmen der Technologiegespräche vorgestellt. Bei einer Podiumsdiskussion zum Thema „Die zweite Quantenrevolution?“ diskutierten ÖAW-Forscher Rainer Blatt (IQOQI Innsbruck, Universität Innsbruck) und Tommaso Calarco (Universität Ulm), beide im High-Level Steering Committee des Flagship-Projekts, sowie Heike Riel, derzeit IBM Fellow nahe Zürich, Robert-Jan Smits, Generaldirektor für Forschung und Innovation der Europäischen Kommission Innovation und Maria C. Carrozza, Professorin an der Sant' Anna School of Advanced Studies in Pisa.
In der Quanten-Grundlagenforschung sind wir in Europa ganz vorne mit dabei.
„In der Quanten-Grundlagenforschung sind wir in Europa ganz vorne mit dabei – mit den ausgewiesenen Stärken in Innsbruck in Wien. Was uns aber fehlt, sind Kooperationen mit der Industrie“, stellte Rainer Blatt fest und verwies auf Google, Microsoft oder IBM in den USA oder auch den chinesischen Staat: Sie alle hätten das Potenzial erkannt und bereits enorme Summen in die Entwicklung der neuen Quantentechnologien investiert. „Auch in Europa führt kein Weg daran vorbei, Quantentechnologien gemeinsam mit der Industrie voranzutreiben. Denn nur so können wir unsere führende Rolle in der Quantenforschung verteidigen“, so der Physiker weiter.
Das europäische Flagship sieht nun vor, dass im Lauf der nächsten Dekade eine Milliarde Euro umgesetzt werde, die Hälfte davon aus EU-Förderung, für den Rest müssen nationale Programme aufkommen. Darüber hinaus gilt es aber, die Industrie an Bord zu bringen. Wenn die Rechnung aufgeht, wird ein ganzes „Ökosystem“ an Firmen zusammen mit der Grundlagenforschung von der wissenschaftlich-technologischen Zusammenarbeit profitieren und dazu beitragen, dass langfristig die Wertschöpfung nicht aus Europa abwandert. Erklärtes Ziel ist es, Quantenkommunikation, - Simulation, -Sensoren sowie auf lange Sicht auch einen Quantencomputer zu realisieren oder zumindest auf einen guten Weg zu bringen.
Wir wollen mit Überlagerung und Verschränkung kommerzielle Anwendungen realisieren.
„Wir wollen mit Überlagerung und Verschränkung kommerzielle Anwendungen realisieren“, fasst Rainer Blatt das ambitionierte Vorhaben zusammen. Was Einstein einmal als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnete, ist heute wohlverstanden und kann die Basis innovativer Technologien werden. „Da ist nichts Spukhaftes. Es sind die nichtlokalen Eigenschaften, die durch den Wellencharakter der Quanten beschrieben werden, die wir zu nutzen lernen“, so Blatt.
