Anwendungen der Quantentechnologien haben das Potenzial, in wichtigen Kernbranchen der deutschen und europäischen Wirtschaft disruptiv zu wirken. Quantenkommunikation, Quantensensorik oder quantenbasierte Bildgebung liefern beispielsweise innovative neue Ansätze für die Medizin, die Umwelt- und Prozessanalytik oder Kommunikationstechnologien. Eine erfolgreiche Implementierung der Quantentechnologien setzt jedoch voraus, dass quantenphysikalische Expertise zeitnah in anwendungsfähige Instrumente und praxisrelevante Lösungen transferiert wird.
Die Quantum Photonics Labs (QPL) haben es sich zum Ziel gesetzt, diese Vision umzusetzen, indem sie wissenschaftliche Methoden der Quantenoptik in eine anwendungsbezogene Quantenphotonik überführen. In Zusammenarbeit mit Wissenschaft und Wirtschaft sollen so leistungsfähige und flexible quantentechnologische Werkzeuge für die deutsche Forschung und Industrie entwickelt werden. Das offizielle Kick-off Meeting fand heute am Fraunhofer-Insititut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena statt.
Entwicklung einer Hardwareplattform
Das übergreifende Ziel der Quantum Photonics Labs ist es, die neuesten Ansätze in der Quantenoptik durch einzigartige Kompetenzen im Bereich der Nanophotonik, angewandten Optik und Systemintegration in eine vielseitige Hardwareplattform zu überführen. Im besonderen Fokus stehen dabei neuartigen Photonenquellen und Modenkonverter. Gleichzeitig ermöglicht das Vorhaben den Aufbau von Schlüsselkompetenzen, um Durchbrüche in der Erforschung von neuen Lösungen im Bereich der Quantenkommunikation, Quantensensorik und Quantenbasierter Bildgebung zu erzielen.
Anwendungsorientierte Zielsetzung
Quantentechnologien haben ein Potenzial wie Elektronik-Technologien vor 50 Jahren. Übergreifend werden Quantenkommunikation, -bildgebung, -sensoren und -computer als tragende Säulen für Anwendungen in den Bereichen Sicherheit, Energie, Gesundheit gesehen. Die im Rahmen des Projektes entwickelten Technologien und Demonstratoren wie Einzelphotonenemitter, Photonenpaarquellen und Modenkonverter werden bereits während des Projektes in Hinblick auf mögliche Verwertungsoptionen und Applikationen in Wissenschaft und Wirtschaft angepasst.
Das spiegelt die förderpolitischen Ziele der jetzigen Bundesregierung wider, die Bundesregierung hat es sich zum Ziel gesetzt, die „die weitgehend wissenschaftlich getriebene[ ] Erforschung der Quantenphysik hin zu Anwendungen neuer Quantentechnologien politisch […] begleiten und […] gestalten.“ („Quantentechnologien – von den Grundlagen zum Markt“, Rahmenprogramm der Bundesregierung, S. 7). Die Förderung der Quantentechnologien hat deshalb forschungs-, wirtschafts- und sicherheitspolitische Bedeutung.
Kurzinterview mit Prof. Andreas Tünnermann, Projektkoordinator QPL und Institutsleiter des Fraunhofer IOF
Herr Prof. Tünnermann, was ist die Zielsetzung Ihres neuen Forschungsprojekts Quantum Photonics Labs, kurz QPL?
Die Quantenphysik entwickelt sich derzeit rasant von einer grundlagenwissenschaftlichen Disziplin zu einem Treiber für innovative neue Anwendungen mit großem Wertschöpfungspotential. Ein Erfolg in diesen Quantentechnologien setzt voraus, dass quantenphysikalische Expertise zeitnah auf anwendungsfähige Instrumente und praxisrelevante Lösungen transferiert werden kann. QPL verfolgt das Ziel, photonische Komponenten und Instrumente zur Kontrolle von Quantensystemen zu entwickeln. Damit befähigt QPL Dritte aus Wissenschaft und Wirtschaft, herausragende Experimente durchzuführen und in Anwendungen zu überführen. Dabei konzentrieren sich die Arbeiten in QPL auf drei Bereiche: integrierte Lichtquellen für Einzelphotonen, Systeme zur Erzeugung verschränkter Photonen und photonische Bauelemente zur verlustarmen und gezielten Adressierung und Präparation von Quantenzuständen.
Wie ist das Projekt in die Aktivitäten im Bereich der Quantentechnologien des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF eingebettet?
Schon heute ist das Fraunhofer IOF ein wichtiger Partner für Wissenschaft und Wirtschaft im Bereich der Quantentechnologien. Ein prominentes Beispiel ist die Beteiligung am „FET AQTION“, in dem für die Universität Innsbruck ein mikrooptisches System zur optischen Adressierung von 50 Qbit entwickelt wird. QPL wird uns befähigen, noch komplexere und effizientere Bauelemente für die Kontrolle von Quanten zu entwickeln. Hierbei verbinden wir konforme Beschichtungen, Nanostrukturen sowie Hochleistungswerkstoffe, wie Diamant.
Welche Rolle spielt das Fraunhofer IOF hinsichtlich der Quantentechnologien für die Industrie bzw. industrielle Anwendungen in diesem Bereich – allgemein und insbesondere das Projekt Quantum Photonics Labs?
Die seit 70 Jahren entwickelte Elektronik induzierte wissenschaftliche und technische Fortschritte, die unsere Gesellschaft und unser Leben radikal verändert haben; sie durchdringt alle Lebensbereiche und definiert die moderne Gesellschaft. Diese Entwicklung wird oft als erste Quantenrevolution bezeichnet; bezieht sich doch auf grundlegende Erkenntnisse der Quantenphysik. Die moderne Quantentechnologie erlaubt es erstmals, einzelne Quantenzustände zu kontrollieren und die seltsamen Gesetze der Quantenwelt makroskopisch fühlbar und nutzbar zu machen. Die enormen Anwendungsperspektiven versprechen eine zweite Quantenrevolution mit gleichsam tiefgreifendem wissenschaftlich-technischem Fortschritt. Wir sehen Anwendungspotenziale insbesondere in der Bildgebung, Sensorik und der digitalen Kommunikation.
Zahlen und Fakten zum Vorhaben Quantum Photonics Labs
Koordinator: Fraunhofer- Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
Laufzeit: 01.02.2019 - 31.01.2021
Auftraggeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Fördervolumen: 6,5 Mio. Euro
Beteiligte Partner: Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Humboldt-Universität zu
Berlin (Arbeitsgruppe Nano-Optik), Carl Zeiss AG, ADVA Optical Networking SE
Kurzvorstellung des Projekts