Missionsgetriebener Hardware-Wettbewerb: Fehlerkorrigiertes Quantencomputing mit Aufbau von Pilotlinien (Quantum Computing Competition)

Mit der im Juli 2025 veröffentlichten „Hightech Agenda Deutschland“ hat die Bundesregierung sechs Schlüsseltechnologien aufgrund ihres enormen wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Potenzials zur Förderung priorisiert. Quantentechnologien stehen hier an zweiter Stelle. Ein wichtiger Schwerpunkt liegt auf Quantencomputern. Bis zum Jahr 2030 sollen mindestens zwei fehlerkorrigierte Quantencomputer auf europäischem Spitzenniveau realisiert werden. Welche Quantencomputing-Technologieplattform sich dafür durchsetzen wird, ist noch offen. 

Quantencomputer haben das Potenzial, in verschiedenen Anwendungsbereichen Technologiesprünge herbeizuführen. Welche der Anwendungsszenarien tatsächlich Wirklichkeit werden, lässt sich gegenwärtig nicht abschließend beantworten. Klar ist aber, dass derzeitige fehleranfällige Hardware nicht die Voraussetzungen erfüllt, um einen signifikanten Geschwindigkeitsvorteil gegenüber klassischem Computing in praktischen Anwendungen zu liefern. Für den angestrebten exponentiellen Geschwindigkeitsvorteil gilt es, die auftretenden Fehler der aktuellen Quantencomputing-Hardware effektiv und großskalig zu korrigieren. Dies ist nur mit ambitionierter Forschungs- und Entwicklungsarbeit möglich. 

Neben exzellenter Forschungsarbeit erfordert die Realisierung von Quantencomputern zudem kontrollierte Herstellungs- und Prozessbedingungen. Dazu bedarf es einer Anlagentechnik auf internationalem Spitzenniveau. Insbesondere wenn es um die nächsten Skalierungsschritte der Quantenprozessoren geht, stoßen typische Quantenlabore an ihre Grenzen. Dabei geht es insbesondere um die Reproduzierbarkeit von Prozessen, so dass alle Qubits eines Rechenregisters die nötige Qualität haben. Ebenso müssen Quantencomputer schnell charakterisiert werden können, um in einem kompetitiven Umfeld möglichst kurze Innovationszeiten zu haben. 

Mit dem „Missionsgetriebener Hardware-Wettbewerb: Fehlerkorrigiertes Quantencomputing mit Aufbau von Pilotlinien (Quantum Computing Competition)“ fördert das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen des „Forschungsprogramms Quantensysteme“ dazu die notwendigen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in den drei derzeit fortgeschrittensten Technologieplattformen sowie optional und wenn zur Zielerreichung notwendig den Aufbau von dazugehörigen Forschungs- und Pilotfertigungsinfrastrukturen als starke Knoten in einem europäischen Fab-Netzwerk („From Lab to Fab“). Die fortgeschrittensten Technologien beruhen zurzeit auf neutralen Atomen, Supraleitern sowie gefangenen Ionen.

Das BMFTR unterstützt vorwettbewerbliche Verbundprojekte mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft. Zentral ist dabei die Zusammenarbeit unterschiedlicher Disziplinen und Expertisen. Insbesondere wird bezweckt, dass wissenschaftliche Grundlagen zur Quantenfehlerkorrektur an Universitäten und Forschungseinrichtungen erarbeitet und durch Unternehmen und insbesondere Start-ups in einem System demonstriert werden. Diesem Zweck dient auch die Einrichtung von neuen Forschungs- und Pilotfertigungsanlagen.

Das realistische und angemessen anspruchsvolle Ziel der Förderung ist es, die zentrale technische Voraussetzung für fehlerkorrigierte Quantencomputer zu schaffen und die Fehleranfälligkeit der Quantenprozessoren drastisch zu reduzieren. Um dies zu erreichen, kommen gegenwärtig die drei adressierten Technologieplattformen infrage. Diese haben unterschiedliche physikalische und technische Eigenschaften, welche bei der konkreten Definition der zu erreichenden Parameter Berücksichtigung finden. Dabei ist noch nicht klar, welche der unterschiedlichen Quantencomputing-Technologieplattformen bis 2030 die führenden Plattformen sein werden und zum oben genannten Ziel von mindestens zwei fehlerkorrigierten Quantencomputern beitragen werden. 

Auch nach 2030 werden noch erhebliche Entwicklungsschritte für den universellen fehlerkorrigierten Quantencomputer notwendig sein. Wegen des hohen Forschungsrisikos, den hohen Anforderungen an industriekompatible Prozesse und des hohen Kapitaleinsatzes gilt es, frühzeitig Unternehmen als Systemintegratoren in Deutschland zu etablieren, die diese Schritte leisten können. Dazu gehört insbesondere der Aufbau eines international wettbewerbsfähigen Portfolios an Schutzrechten.

Zudem werden komplexe und hochspezialisierte Forschungs- und Pilotfertigungsinfrastrukturen erforderlich sein. Deren Ausbau und langfristige Nutzung sind ein weiteres Ziel der Fördermaßnahme. 

Die Förderrichtlinie umfasst zwei Module, die in einem Sachzusammenhang miteinander stehen. Das gemeinsame Ziel stellt dabei die Realisierung fehlerkorrigierender Quantenchips auf europäischem Spitzenniveau dar. In Modul A werden die entsprechenden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten unterstützt. In Modul B wird – sofern dies für die Zielerreichung in Modul A erforderlich ist – die dafür notwendige Infrastruktur aufgebaut. Voraussetzung für eine Förderung in Modul B ist daher, die erfolgreiche Bewerbung eines zugeordneten Projektvorschlags aus Modul A. Die Zuordnung erfolgt durch eine wechselseitige Referenzierung der beiden jeweiligen Skizzen für Modul A und B.

Vorhaben im Modul A müssen zwingend durch ein Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft, welches die Rolle des Systemintegrators einnimmt, koordiniert werden. Dieses muss zudem zwingend in die Konzeptionierung der Vorhaben im Modul B eingebunden werden, insbesondere um die Anschlussfähigkeit zu den Arbeiten aus Modul A sicherzustellen. 

Modul A fördert Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Quantencomputing-Hardware. Dies umfasst den Quantenprozessor sowie dessen Ansteuerung und die Fehlerkorrektur-Schicht. Höhere Hardware- und Software-Schichten des zu erforschenden Systems können zwecks Benchmarking genutzt werden. Entwicklungsarbeiten dazu sind jedoch nicht Gegenstand der Förderung. Unterstützt werden Arbeiten zu neutralen Atomen, zur Supraleitung sowie zu gefangenen Ionen.

Jeder Verbund muss aus einer überschaubaren Anzahl von Partnern bestehen (Orientierungsgröße circa fünf Partner), um Agilität, Handlungsfähigkeit und eine schlanke Governance des Konsortiums zu gewährleisten. Mindestens ein Partner eines jeden Konsortiums muss dabei vor Projektstart folgende Spezifikationen bereits nachgewiesen haben: ein System mit 24 ansteuerbaren Qubits mit einer durchgehenden Zwei-Qubit-Gatter-Fidelität von 99,5 Prozent. 

Mindestens müssen die Projekte bis Projektende folgende Ziele in einem System demonstrieren: 

neutrale Atome:

• Anzahl ansteuerbarer physikalischer Qubits: mindestens 4 000
• Anzahl logischer Qubits: mindestens 50 
• Fehlerrate Zwei-Qubit-Gatter der logischen Qubits: maximal 0,0001 
• Zykluszeit für den verwendeten Fehlerkorrektur-Code (von Zustandspräparation bis Durchführung der Korrektur-operationen im vollständigen Register): maximal 10 Millisekunden (ms)
• Nachweis der Fehlerreduktion durch Fehlerkorrekturoperationen
• jedes Projekt hat sich bereits im Vorfeld auf eine Atomspezies festzulegen

Supraleiter: 

• Anzahl ansteuerbarer physikalischer Qubits: mindestens 300 
• Anzahl logischer Qubits: mindestens zwei 
• Fehlerrate Zwei-Qubit-Gatter der logischen Qubits: maximal 0,0001 
• Zykluszeit für den verwendeten Fehlerkorrektur-Code (von Zustandspräparation bis Durchführung der Korrektur-operationen im vollständigen Register): maximal 0,1 ms
• Nachweis der Fehlerreduktion durch Fehlerkorrekturoperationen 

gefangene Ionen: 

• Anzahl ansteuerbarer physikalischer Qubits: mindestens 1 000 
• Anzahl logischer Qubits: mindestens 50 
• Fehlerrate Zwei-Qubit-Gatter der logischen Qubits: maximal 0,0001
• Zykluszeit für den verwendeten Fehlerkorrektur-Code (von Zustandspräparation bis Durchführung der Korrektur-operationen im vollständigen Register): maximal 20 ms 
• Nachweis der Fehlerreduktion durch Fehlerkorrekturoperationen 
• jedes Projekt hat sich bereits im Vorfeld auf eine Atomspezies festzulegen

Zudem muss in jedem Projekt bis Projektende ein universeller, logischer Gattersatz demonstriert werden. Bei den Parametern handelt es sich um Mindestanforderungen. 

Der Aufbau genau eines Demonstratorsystems je Projekt ist vorgesehen

Modul B fördert den Aufbau von Forschungs- und Pilotfertigungsinfrastruktur, sofern er zur Zielerreichung der in Modul A formulierten Ziele erforderlich ist. Diese sind in vielen Fällen so ambitioniert, dass sie nur mit zusätzlichen Investitionen in Forschungs- und Pilotfertigungsanlagen zu erreichen sein werden. Jedes Verbundvorhaben aus Modul A kann sich daher zusätzlich auf das Modul B bewerben. Die Aufnahme zusätzlicher Partner ist nur in begründeten Ausnahmefällen möglich. 

Das Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft, welches in Modul A die Rolle des Systemintegrators einnimmt, muss zwingend in die Konzeptionierung der Vorhaben im Modul B eingebunden werden, insbesondere um die Anschlussfähigkeit zu den Arbeiten aus Modul A sicherzustellen.

Fundamental für jede Beschaffung ist ein unmittelbarer Beitrag zur Erreichung der wissenschaftlich-technischen Ziele des Projekts aus Modul A. Hinzu kommt das Erfordernis eines nachvollziehbaren Nutzungskonzepts sowohl während des Vorhabens als auch darüber hinaus. 

Ziele, die über die oben in Modul A definierten Mindestanforderungen hinausgehen, zum Beispiel aufgrund zusätzlicher Forschungs- und Pilotfertigungsinfrastrukturen, fließen positiv in die Bewertung der Projektvorschläge ein.

Bitte beachten Sie: Dies ist nur ein gekürzter Auszug aus der Bekanntmachung. Die rechtlich geltende Bekanntmachung finden Sie im amtlichen Teil des Bundesanzeigers.

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Das BMFTR stellt seine für die Projektförderung relevanten Formulare, Richtlinien, Merkblätter, Hinweise und Nebenbestimmungen im Formularschrank zum Herunterladen zur Verfügung.