Panorama

Zukunft der Quantentechnologie

04.03.2019 - Forschungsprojekt BeyondC startet mit Partnern aus Österreich und Deutschland.

Ein großes Ziel moderner Forschung und Hoffnung der Industrie ist es, über die Möglichkeiten klassischer Technologien hinauszugehen. Das am 1. März gestartete Forschungsprojekt „Quantum Information Systems Beyond Classical Capabilities (BeyondC)“, koordiniert von der Universität Wien, nutzt dafür die einzigartigen Eigenschaften der Quantenphysik. Weltweit führende Wissenschafter aus elf Forschungsgruppen in Österreich und einer Partnergruppe am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Deutschland bündeln ihre vielseitigen Kompetenzen und demonstrieren mit konkreten Systemen die „Quanten-Überlegenheit“.

Die Kontrolle von Quanten­systemen ist eine der wichtigsten und einfluss­reichsten Errungen­schaften des 20. Jahrhunderts. Insbesondere die Quanten­informations­theorie hat sich zu einem sehr breiten Forschungsgebiet entwickelt, das weit über die eigenen Grenzen hinaus sichtbar ist. Ein prominentes Beispiel ist die intensive Forschung, die in den letzten Jahrzehnten zu Quanten­algorithmen für die Daten­verarbeitung mit Quanten­computern geführt hat. Darüber hinaus haben die enormen Fortschritte den Weg für Verfahren zur sicheren Daten­übertragung sowie für Vorschläge zum klassischen und quanten­mechanischen maschinellen Lernen geebnet.

Trotz dieser Entwicklung können aktuelle Geräte zur Quanten­informations­verarbeitung noch immer klassisch simuliert werden. Sie bieten daher noch keinen Vorteil gegenüber ihren klassischen Pendants. Die Realisierung von großen Quantengeräten mit ihren vielfältigen Anwendungen erfordert weitere Fortschritte in der Quantentechnologie und einen starken theoretischen Einsatz. Im Rahmen von BeyondC sollen die experimentellen Möglichkeiten jenseits der Grenze klassischer Technologien ausgeschöpft werden. Die Forscher entwickeln nun konkrete Quantensysteme, die Quanten-Überlegenheit – die Fähigkeit von Quantencomputern für ihre klassischen Gegenstücke unausführbare Probleme zu lösen – demonstrieren. Dafür hat der Österreichische Wissenschaftsfonds FWF den neuen Spezialforschungsbereich unter der Leitung von Philip Walther von der Universität Wien und der Öster­reichischen Akademie der Wissenschaften mit 5,3 Mio. Euro ausgestattet. Hinzu kommen 280.000 Euro der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG für die Arbeiten in der Theorieabteilung von Ignacio Cirac am Max-Planck-Institut für Quantenoptik MPQ in Deutschland.

Das Ziel des Konsortiums ist es, neue Methoden und Werkzeuge zur Charak­terisierung, Validierung und Manipulation von Quantensystemen zu entwerfen und zu nutzen, die uns darüber hinaus auch an eine industrielle Anwendung heranführen. Was BeyondC einzigartig macht, ist die vielfältige und interdisziplinäre Expertise des wissenschaftlich herausragenden Konsortiums, das sich einem gemeinsamen Ziel widmet. Renommierte Quanten­wissenschafter aus sechs experimentellen und sechs theoretischen Forschungsgruppen an der Universität Wien, der Universität Innsbruck, der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), dem IST Austria und dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching, Deutschland, schließen sich im neuen Konsortium zusammen. Die Mitglieder bringen ihre drei Forschungszweige – Photonen, Ionen in Ionenfallen und supraleitende Schaltkreise – ein und schaffen durch Kombination dieser Systeme bisher unerreichte Vorteile.

Die Experimente bereiten Wege, über die Möglichkeiten klassischer Computer hinauszugehen und haben das Potenzial, wissenschaft­liche Meilensteine in zahlreichen Forschungs­bereichen mit Anwendungen vom sicheren Daten­verarbeiten, über Molekül- und Materialdesign zu Maschinellem Lernen zu setzen.

MPQ / JOL

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