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12 Elektronik 03 2021 impulse Beispiel Wo ist noch Raum für weitere Verbesserungen? Was braucht die Industrie? Welche weiteren Anwendungen lassen sich noch erschließen? Quanten-Sensoren bei Raumtemperatur Ein Problemfeld sei noch die Kühlung Wir arbeiten gerade stark daran Quanten-Sensoren bei Raumtemperatur einsetzen zu können stellt Ambacher fest Das würde die Anwendungsfelder verbreitern und die Integration in die Industrieprozesse erleichtern Wir nutzen dafür Diamant weil der Kohlenstoff sehr leicht ist und sehr hart im Kristall gebunden ist In dem Diamantgitter fangen wir mit einer Stickstoffvakanzstelle ein einzelnes Elektron ein positionieren und kontrollieren es Das Elektron ist unser Sensor für den Nachweis schwacher magnetischer Felder ergänzt Ambacher Die Wechselwirkung der schwingenden Kohlenstoffatome in Diamant mit dem Elektron ist sehr schwach deswegen lässt sich das Elektron einmal positioniert sehr lange in dieser Position halten und zur Messung nutzen Die Herausforderung dabei ist dass die Kristalle in denen die Elektronen eingefangen werden höchste Qualität haben müssen Unter einer Milliarde Atome darf höchstens ein falsches sein Das bedingt eine hohe Kunst des Kristallwachstums Wir richten drei benutzerfreundliche Quanten-Sensorik-Systeme ein die Industrieunternehmen oder andere Forschungsinstitute für ihre Fragestellung nutzen können Wir erhoffen uns dadurch noch viele neue Ideen zu möglichen Einsatzfeldern erklärt Ambacher Der Quantensensor von Fraunhofer IAF ist im Prinzip ein Qubit denn das Sensor-Elektron in Diamant hat zwei quantenmechanische Zustände Es ist also wie ein Qubit ein 2-Niveau-System das quantenmechanisch kontrolliert und manipuliert werden kann Wo wir in der Sensorik ein einzelnes Qubit als Messinstrument nutzen müssten wir in einem Quanten-Computer 50 oder 100 nebeneinander in ein Array setzen damit wir daraus einen Speicher oder einen Prozessor bauen können Da also die gleichen Kompetenzen gefragt sind haben wir durch unser Leitprojekt zur Quantenmagnetometrie die idealen Voraussetzungen geschaffen um diese Entwicklung auch für die Realisierung von Quanten-Computern erfolgreich voranzutreiben erläutert Ambacher Europa und Deutschland müssen sich nicht verstecken Die technologische Position in Europa und Deutschland ist dabei nicht zu unterschätzen Maßgebliche Bauteile auch Teile der Quantenprozessoren oder der Mikrowellenverstärker des IBM-Quanten-Computers sind in Europa und Deutschland gebaut worden Es gibt hier ein reiches Ökosystem an Forschergruppen Startups KMUs und großen Unternehmen mit weitreichenden Kompetenzen im Quanten-Computing Da müssen wir uns definitiv nicht verstecken stellt Ambacher fest Was noch fehlt sei eine gemeinsame Initiative Wir müssen unsere Kompetenzen bündeln um gemeinsam erfolgreich einen europäischen Quanten-Computer zu entwickeln und zu demonstrieren Man kann im Moment schon Limitierungen bei den existierenden QuantenComputern erkennen zum Beispiel was die Komplexität der Prozessoren angeht Auch die Skalierbarkeit ist noch lange nicht gegeben Supraleitende QuantenComputer sind zwar im Moment die leistungsfähigsten kommen aber aufgrund der hohen Fehlerrate nicht über 50 bis 100 Qubits hinaus Das ist deutlich zu wenig um zukünftige Optimierungsalgorithmen rechnen zu können Zudem gilt es die Architektur an die Anwendung anzupassen Viele stellen sich vor dass es den einen Quanten-Computer geben wird Das ist nicht meine Sichtweise Ich glaube dass es ein Hybrid sein wird also ein Quanten-Computer-Modul das man in einen klassischen PC einbauen kann Sie nutzen dann Ihren klassischen PC und für Fragestellungen die dieser nicht lösen kann können Sie Ihr Quanten-Computing-Modul dazuschalten Dieses Modul muss dann auf Ihre jeweilige Anwendung optimiert sein sagt Ambacher Europäischer QuantenComputer als Ziel Der Quanten-Computer von IBM werde die Lernkurve hierzulande deutlich nach oben steigen lassen weil sich damit direkt erste Anwendungen testen lassen Wenn man an den klassischen Computer denkt hat es Microsoft irgendwann geschafft eine Software so aufzusetzen dass man als Nutzer bequem Briefe schreiben oder Bilder bearbeiten kann Jetzt müssen wir für den QuantenComputer das Gleiche leisten um ihn für eine breite Anwenderschaft nutzbar zu machen Wir brauchen den Zugriff auf den IBM-Quanten-Computer damit wir überhaupt die nächste Generation für uns aufbauen und bedienen können Deswegen ist diese Initiative wichtig und richtig erklärt Ambacher Fraunhofer habe schon ganz viele Puzzlestücke zusammen in der Optik in der Elektronik in der Softwareentwicklung Mit dem nationalen Fraunhofer-Zentrum für Quanten-Computing und seinen regionalen Kompetenzzentren können wir in all diesen Bereich noch einmal intensive Entwicklungen vorantreiben Außerdem führen wir derzeit viele Gespräche mit der Max-Planck-Gesellschaft und der Helmholtz-Gemeinschaft Unsere gebündelten Fähigkeiten würden von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung alles abdecken Wenn sich unsere besten Wissenschaftler übergreifend und interdisziplinär zusammentun dann bin ich davon überzeugt dass wir gemeinsam mit weiteren Partnern in ein paar Jahren einen europäischen Quanten-Computer bauen können gibt sich Ambacher überzeugt GS Wie funktioniert Quanten-Technologie? Das Video Die Welt der Quanten erklärt es Diamantplättchen spielen eine wichtige Rolle bei der Kühlung Sie werden genutzt um Quantencomputer künftig bei Raumtemperatur einsetzen zu können Bild Fraunhofer