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Innovationscluster Quantentechnologie

Bildquelle: Adobe Stock / Mopic

Wenn die Politik mit großem Geld die Erforschung des Kleinen fördert, dann tut sie dies in der Überzeugung, damit die wirtschaftliche und gesellschaftliche Zukunft gestalten zu können. Mit diesem Kleinen sind die Objekte und Phänomene der Quantenwelt gemeint. Der Wissenschaft gelingt es in immer stärkerem Maße, in dieser Welt gezielt die Regie zu übernehmen. Die Spannbreite reicht hier von der Quantenkommunikation mit ihrer inhärent sicheren Datenübertragung über Quantencomputer für ungeahnte Rechenkapazitäten bis zu Quantensimulationen für chemische Reaktionen und Quantensensoren für die medizinische Diagnostik. Auf diesen Feldern wachsen enorme technologische Versprechen mit hohen wirtschaftlichen Potenzialen. Diese Potenziale zu heben, wird auf breiter Basis durch das von der Europäischen Kommission aufgelegte, milliardenschwere Förderprogramm „Quantum Technologies Flagship“ und darüber hinaus durch flankierende nationale Förderprogramme forciert. Gleichzeitig werden sowohl in großen und traditionsreichen Unternehmen als auch in frischen Start-Ups Entwicklungen vorangetrieben, die ganz neue, auf der Quantentechnologie (QT) basierende Produkte in den Markt bringen werden.

So wie die PTB mit ihrer Messkunst am Beginn der Quantenmechanik stand, so treibt sie jetzt die messtechnischen Möglichkeiten der Zweiten Quantenrevolution voran – mit den nächsten Generationen von Atomuhren, noch präziseren elektrischen Standards und innovativen Messmöglichkeiten in der Medizin. Die metrologischen Grundlagenarbeiten münden zugleich in technologische Anwendungen. Um diese Anwendungen für die wirtschaftliche Entwicklung der QT zugänglich zu machen, wurde kürzlich das Quantentechnologie-Kompetenzzentrum QTZ gegründet.

Nachrichten

Am 10. April 2024 wurde in den ehemaligen Rolleiwerken Braunschweigs Niedersachsens neuer Standort für Technologietransfer in den Quantentechnologien eröffnet: Der HighTech-Inkubator des Quantum Valley Lower Saxony (QVLS-HTI). Auf rund 500 Quadratmetern neuer Büro- und Laborfläche treffen elf Startups, exzellente Forschungseinrichtungen und künftig auch etablierte Unternehmen zu einem...

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Besonders in Hochrisikobereichen wie der Medizin muss Künstliche Intelligenz (KI) sicher und verlässlich sein: Es sollte nachvollziehbar sein, nach welchen Kriterien die KI ihre Entscheidungen trifft, und man braucht objektive Prüfverfahren für die Zulassung von Medizinprodukten mit KI. Als neutrale Institution und oberste Instanz für genaueste Messungen will die Physikalisch-Technische...

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Schmuckbild zur Ankündigung der Quantum Week

In Braunschweig und der Region steht vom 08. bis zum 14. April die faszinierende Welt der Quanten im Mittelpunkt – vom wissenschaftlichen Fachsymposium bis zur fesselnden Science Watch Party. Das Opens internal link in current windowbunte Rahmenprogramm Quantum Week rund um den World Quantum Day am 14. April findet unter anderem in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, im Haus der Wissenschaft in Braunschweig und im phaeno...

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BASE-Experiment

Sie haben gute Arbeit geleistet, und ihre Zusammenarbeit wird fortgesetzt: Nach einer erfolgreichen Begutachtung durch eine international mit hochrangigen Wissenschaftlern besetzte Kommission kann das deutsch-japanische Zentrum für Zeit, Konstanten und fundamentale Symmetrien (TCFS) in seine zweite Förderperiode starten. Es wird die Zusammenarbeit zwischen deutschen und japanischen Instituten...

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Im kürzlich gestarteten Projekt „TruePA“ (Truly Resilient Quantum Limited Traveling Wave Parametric Amplifiers) entwickeln Forschende der PTB zusammen mit sieben europäischen Partnerinstitutionen die nächste Generation parametrischer Verstärker, kurz TWPAs. Wegen ihres extrem niedrigen Rauschens sind sie von Bedeutung für die Detektion schwacher elektromagnetischer Signale bei...

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Weitere Nachrichten

Die ZeitmesserDie Zeitmesser

Zeitgemäß: Angeregtes Atom (leuchtend) in einer optischen Uhr
Zeitgemäß: Angeregtes Atom (leuchtend) in einer optischen Uhr

Wer bei Uhren an das Verstreichen von Stunden, Minuten und Sekunden denkt, liegt nicht falsch, aber auch nur halb richtig. Denn wer Uhren hat, um die Zeit besonders gut zu messen, kann damit viel mehr tun, als nur die Uhrzeit anzugeben:

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QuantenmagnetfeldsensorenQuantenmagnetfeldsensoren

Paarweise: Elektronenpärchen tunneln durch eine Barriere in einem SQUID

Einen Sinn für Magnetfelder hat homo sapiens nicht. Als homo technicus jedoch bedient sich der Mensch einer großen Anzahl unterschiedlicher technischer Sensoren. Um etwa Magnetfelder im lebenden Organismus zu detektieren oder gezielt in der medizinischen Bildgebung einzusetzen, werden zunehmend Quanteneffekte ausgenutzt, um Informationen zu sammeln, die auf klassischem Wege unerreichbar sind.

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In die Falle gegangenIn die Falle gegangen

Gefangen: Chipkonstruktion einer Ionenfalle
Gefangen: Chipkonstruktion einer Ionenfalle

Die Entdeckung, dass die Welt quantenmechanisch tickt, ist über 100 Jahre alt. Viele technologische Anwendungen der Quantenphysik – vom Laser über die Halbleitertechnik bis zum Magnetresonanztomografen (MRT) – nehmen wir heute als selbstverständlich hin. Die jetzt aufscheinenden „Quantentechnologien der zweiten Generation“ gehen einen Schritt weiter. Sie erlangen die Kontrolle über einzelne Quantenobjekte und nutzen grundlegende Quanteneffekte gezielt aus – für technologische Innovationen von morgen und übermorgen.

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Elektrische QuantenmetrologieElektrische Quantenmetrologie

Ausgezählt: Elektronen beim Tunnelprozess in einer SET-Schaltung.
Ausgezählt: Elektronen beim Tunnelprozess in einer SET-Schaltung.

Im historischen Kontext betrachtet ist es noch nicht so lange her, dass ein Nicola Tesla ein staunendes Publikum mit kontrollierten Blitzen und geisterhaft erscheinenden Lichteffekten beeindruckte und ein Thomas Alva Edison die sich industrialisierende Welt mit seinen Erfindungen elektrifizierte. Die Entdeckung und technische Nutzbarmachung der Elektrizität nahm Ende des 19. Jahrhunderts Fahrt auf und eroberte zunehmend klassisches technisches Terrain, bis – in den späten 1940er Jahren – in den Bell Labs in New Jersey der Transistor erfunden wurde. Mit ihm bekam die Elektrizität erstmals eine quantenmechanische Ausprägung.

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Weniger Licht! Ein Schlüssel für die QuantenkryptografieWeniger Licht! Ein Schlüssel für die Quantenkryptografie

Teilchenweise: Licht als Strom einzelner Photonen
Teilchenweise: Licht als Strom einzelner Photonen

Die Ressource unserer Zeit ist die Information. Riesige Datenmengen werden gesammelt, in Computern verarbeitet und über Glasfaser, Luft oder Satellit ausgetauscht. Wir sind eingesponnen in nie abreißende Informationsflüsse, die kreuz und quer in Lichtgeschwindigkeit um den Globus jagen. Viele dieser Daten müssen auf sicherem Weg zwischen Sender und Empfänger ausgetauscht werden, denn nicht alles, was kommuniziert wird, darf und soll im Licht der Öffentlichkeit geschehen – angefangen bei Patientendaten in der Medizin über Finanzdaten bei der Kommunikation mit und zwischen Banken bis hin zu hochsensiblen Daten aus Politik und Wirtschaft. Für alle diese Datentransfers sind abhörsichere Kommunikationsformen nötig.

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Das Quantentechnologie-Kompetenzzentrum (QTZ)Das Quantentechnologie-Kompetenzzentrum (QTZ)

Architekturskizze des QTZ-Neubaus in Braunschweig
Architekturskizze des QTZ-Neubaus in Braunschweig

An die Phänomene der Quantenwelt haben sich nur wenige (vorwiegend Physiker) gewöhnt. Die Technologien, die daraus erwachsen, sollen hingegen für alle nutzbar sein. Die PTB ergänzt daher ganz gezielt ihre Grundlagenforschung und ihre hochspezialisierten Dienstleistungen um ein anwendungsnahes Quantentechnologie-Kompetenzzentrum (QTZ). Dieses Zentrum wird seit 2019 aufgebaut und wird eine wichtige Basis für die industrielle Entwicklungen der Quantentechnologie schaffen – mit besonderem Fokus auf Start-Ups sowie kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU).

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