Europa zeigt erste Karten in Höhe von 1 Milliarde € Quantenwette

Eines der ehrgeizigsten EU-Flaggschiffe hat bisher 20 Projekte ausgewählt, die darauf abzielen, seltsame Physik in nützliche Produkte zu verwandeln.

Die Pläne zum Bau von zwei funktionierenden Quantencomputern gehören zu den ersten Gewinnern, die in einer Finanzierungsinitiative der Europäischen Kommission in Höhe von 1 Milliarde Euro (1,1 Milliarden US-Dollar) bekannt gegeben wurden.

Das Quantum-Flaggschiff wurde erstmals 2016 angekündigt, und am 29. Oktober gab die Kommission die erste Gruppe von Fondsempfängern bekannt. Die 20 internationalen Konsortien, zu denen jeweils öffentliche Forschungseinrichtungen und die Industrie gehören, erhalten über einen Zeitraum von drei Jahren insgesamt 132 Millionen Euro für Projekte zur Demonstration von Technologien.

Die Bemühungen verstärken den globalen Ansturm, Laborexperimente im Frühstadium in Anwendungen wie praktische Quantencomputer zu verwandeln, die versprechen, bestimmte Aufgaben zu erfüllen – zum Beispiel, chemische Reaktionen exponentiell schneller vorherzusagen als klassische Computer. Zuletzt, im August, kündigte die Bundesregierung leise eine Quanteninitiative in Höhe von 650 Millionen Euro an.

Die EU-Initiative ist das dritte Flaggschiffprogramm der Europäischen Kommission nach den Flaggschiffen Human Brain und Graphene, die 2013 gestartet wurden. Die Ankündigung im Jahr 2016 war eine Antwort auf ein „Quantum Manifest“, das von einer Expertengruppe verfasst wurde.

Weitere Einzelheiten und eine öffentliche Ausschreibung wurden 2017 veröffentlicht. Das Quanten-Flaggschiff umfasst fünf Themenbereiche: Quantencomputer, Quantensimulationen, Quantensensorik und Metrologie, Quantenkommunikation und grundlegende Quantenwissenschaft. Diese folgen größtenteils den Vorschlägen des Manifests.

Quantencomputer
Die Quantencomputerzuschüsse gingen an Konsortien, die zwei der führenden Ansätze für die Technologie verfolgen: supraleitende Schaltungen und einzelne Ionen, die elektromagnetisch in einem Vakuum eingeschlossen sind.

Thomas Monz, Physiker an der Universität Innsbruck in Österreich, der das Ionenfallenprojekt mitleitet, sagt, dass es das Ziel ist, einen Quantencomputer mit einer reproduzierbaren – wenn auch noch nicht massenproduzierbaren – Methode zu entwickeln, die zuverlässig genug ist, um ohne die ständige Intervention eines Expertenteams zu arbeiten.

„Bisher war alles, was wir getan haben, ein Beweis des Prinzips. Es war völlig in Ordnung, wenn es nur einen Tag oder eine Stunde funktionierte“, sagt Monz. Die Quantenmaschine, die sie bauen wollen, wird etwa so groß sein wie zwei Familien-Kühlschränke – wesentlich kleiner als die aktuelle, raumbezogene Ausrüstung, sagt er.

Im Bereich der Quantenkommunikation ging ein Zuschuss an die Quantum Internet Alliance, ein Konsortium aus 12 Institutionen und Unternehmen aus ganz Europa, um ein kontinentales Netzwerk der „Quantenteleportation“ zu entwickeln.

Immanuel Bloch, Physiker an der Ludwig-Maximilians-Universität in München, ist Teil eines Konsortiums, das drei verschiedene Projekte – Paris, Innsbruck und München – umfasst, um Quantensimulationen auf jeweils unterschiedlichen Systemen voranzutreiben. Solche Maschinen verwenden ein Quantensystem, um das Verhalten eines anderen zu reproduzieren.

Sie ähneln Quantencomputern, haben aber weniger anspruchsvolle Anforderungen – insbesondere sind sie nicht so empfindlich auf Rechenfehler – und könnten daher in kürzerer Zeit praktische Anwendungen finden. Dazu gehört auch eine „Quantenvorteil“-Berechnung, die kein klassischer Computer durchführen kann. „Wir wollen diese sehr fortschrittlichen Plattformen nutzen und einen Quantenvorteil für die Simulation von Materialien und Quantenchemie demonstrieren“, sagt Bloch.

Weitere heute angekündigte Fördermittel umfassten eine Reihe von Projekten, die jeweils ein „Q“ im Namen enthalten, von PhoQuS bis UNIQORN. Einige der vorgeschlagenen Technologien kommen den Marktanwendungen relativ nahe, darunter ultrapräzise, tragbare, atomare Uhren und chipgroße Vorrichtungen, die Zufallszahlen für den Einsatz in sicheren Netzwerken erzeugen.

Kein Mondschuss
Für die meisten der beteiligten Labore wird das Flaggschiff keinen wesentlichen Unterschied beim Kauf von Maschinen oder bei der Einstellung von Forschern machen: Obwohl 1 Milliarde Euro nach viel klingt, wird das Geld auf 10 Jahre und Dutzende von Labors verteilt. (Die EU stellt nur die Hälfte der 1 Mrd. € zur Verfügung, die andere Hälfte muss in Form von entsprechenden Mitteln aus den einzelnen Mitgliedsländern erfolgen.)

Lieven Vandersypen, Physiker an der Technischen Universität Delft in den Niederlanden, sagt, dass das Flaggschiff eine verpasste Gelegenheit ist, einen „Mondschuss“ für ein einziges fokussiertes Ziel, wie den Bau eines großen Quantencomputers, zu liefern. Stattdessen gehen in dieser Förderrunde „nur 20 Millionen Euro ins Computing“, sagt Vandersypen, der in Zusammenarbeit mit dem US-Halbleiterriesen Intel den Aufbau eines Quantencomputers auf einem Siliziumchip vorantreibt. „Ich sehe den Mond nicht.“

Aber andere sagen, dass der Hauptvorteil des Flaggschiffs darin besteht, dass es Gruppen gezwungen hat, ihre Anstrengungen und ihr Wissen zu bündeln – insbesondere Wissenschaftler und Industrie. „Es ist ein starker Anreiz, dafür zu sorgen, dass wir auf europäischer Ebene zusammenarbeiten“, sagt Monz.

Selbst wenn große Unternehmen in das Feld ziehen, werden große öffentliche Förderprogramme notwendig sein, nur um eine Pipeline von Experten zu führen, sagt Rodney Van Meter, ein Ingenieur an der Keio University in Tokio, der sowohl an der klassischen als auch an der Quanteninformationstechnologie gearbeitet hat. „Man muss Quantenprogramme an Universitäten aufbauen, nur um die Leute auszubilden, die Google und Intel brauchen werden.“

Wettlauf um die Quantenzukunft
Öffentliche Geldgeber weltweit, von Kanada bis Japan, und große Unternehmen wetten, dass Quantentechnologien – von denen einige noch nicht erprobt sind – zu Multimilliarden-Dollar-Märkten heranwachsen werden. Und auch Europa will sicherstellen, dass es an den zukünftigen Gewinnen teilhaben kann, sagt Tommaso Calarco, der einer der Autoren des ursprünglichen Quantenmanifests war und theoretischer Physiker am Helmholtz-Zentrum in Jülich ist. Der „entscheidende Impuls“ für die Europäische Kommission, die Quantenphysik als drittes Leuchtturmprojekt auszuwählen, war ein dramatischer Anstieg der Investitionen von US-Technologie-Giganten wie Google und IBM in diesem Bereich.

Das Vereinigte Königreich, das 2014 ein nationales Quantentechnologieprogramm im Wert von 270 Millionen Pfund (346 Millionen US-Dollar) aufgelegt hat, war in diesem Bereich ein Pionier. China, das bereits große Investitionen in diesem Bereich getätigt hat, unter anderem in einen Quantenkommunikationssatelliten, soll ein Quantenforschungszentrum in Hefei im Wert von Milliarden US-Dollar planen.

In der Zwischenzeit erwägt der Kongress in den Vereinigten Staaten einen Vorschlag, mehr als 1,2 Milliarden Dollar für Quantencomputer bereitzustellen.

Die Zusage Deutschlands in Höhe von 650 Millionen Euro für die Quantenforschung – die auf das EU-Flaggschiff folgt und bis 2022 läuft – könnte bedeuten, dass das Programm allein schon jedes Jahr mehr Mittel in Deutschland verteilen wird als das EU-Flaggschiff in ganz Europa – auch wenn die Details noch offen sind, sagt Bloch, der die Regierung bei dem Programm berät. Insbesondere ist noch unklar, wie viel von den 650 Millionen Euro als neues Geld zusätzlich zu den bereits getätigten Ausgaben des Landes eingesetzt werden sollen, sagt Bloch.

Die bisherigen Flaggschiffe Europas – eines auf Graphen und eines auf Gehirnsimulation – wurden kritisiert, auch weil sie Zuschüsse nicht wettbewerbsfähig vergeben haben. Die Organisatoren des Quantum-Flaggschiffs haben sich dieser Kontroversen bewusst gewesen, sagt Calarco. „Grants werden mit offenen Calls entschieden, die von externen Mitarbeitern bewertet werden“, sagt er.

Dieser Artikel wird mit Genehmigung reproduziert und wurde erstmals am 29. Oktober 2018 veröffentlicht.

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