Neue Projekte im November

Enabling Technologies 2024

Mit der Maßnahme „Enabling Technologies für resiliente F&E-Lieferketten in den Quantentechnologien“ unterstützt das BMFTR vorwettbewerbliche Forschungs- und Entwicklungs-Verbundprojekte, die sich mit der Neu- oder Weiterentwicklung der notwendigen Enabling Technologies für Quantencomputer und Quantensensorik befassen. Hier starten drei neue Projekte:

QAmp entwickelt kostengünstige Laserverstärker für Ionenquantencomputer. Sie sollen als „Plug-and-Play“-Lösungen bestehende Systeme erweitern und später kommerziell verfügbar gemacht werden. So kann der wachsende Markt der Barium Quantencomputer bedient werden.

SIGNAL entwickelt skalierbare Schnittstellen für supraleitende Quantencomputer, die durch eine kompakte Bauform, geringen Wärmeeintrag und Rauschen sowie eine hohe Signalbandbreite die präzise Steuerung und Auslese der Qubits ermöglichen. Die Kombination supraleitender Quantentechnologien mit photonischen Lösungen soll die Skalierbarkeit und Leistungsfähigkeit von Quantencomputern deutlich verbessert werden.

ScaROC entwickelt eine kompakte, skalierbare, auf neuester photonischer Technologie basierende Quantenuhr. Sie basiert auf integrierten, chip‑basierten, extrem schmalbandigen Dauerstrichlasern; Spektroskopiezellen auf Wafer‑Skalen und verkleinerten optischen Frequenzkämmen, die zu einem Demonstrator integriert werden.

Wissenschaftliche Vorprojekte

Zur Bewertung von Ergebnissen der Grundlagenforschung bezüglich ihres Marktpotenzials sind wissenschaftlich-technische Vorarbeiten notwendig. Mit der Maßnahme „Wissenschaftliche Vorprojekte (WiVoPro): Photonik und Quantentechnologien“ fördert das BMFTR Vorprojekte mit dem Ziel, wissenschaftliche Fragestellungen im Hinblick auf zukünftige industrielle Anwendungen in der Photonik und Quantentechnologie zu untersuchen. Sie sollen die bestehende Forschungsförderung ergänzen und eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und industriegeführter Verbundförderung schlagen. Im November starten hier zwei Projekte:

Quantoskop untersucht, wie verschränkte Photonenpaare zur Effizienzsteigerung der Zwei-Photonenmikroskopie beitragen können. Das Projekt zielt auf die Entwicklung eines kompakten Gerätes für schonende Netzhautuntersuchungen ab. Die effizientere Anregung innerhalb der Bildgebungsobjekte soll Sicherheitsrisiken minimieren und sol das Potenzial der Zwei-Photonenmikroskopie in medizinischen Fachgebieten außerhalb der Hautdiagnostik nutzbar machen. 

FLITS erforscht eine Methode der Hochdurchsatz-Fluoreszenzmikroskopie, die schnelle und großflächige Bildaufnahmen biologischer Proben ermöglichen soll. Durch die zeilenweise Mehrfachintegration der Fluoreszenzsignale wird ein höherer Bildkontrast und eine höhere Bildhelligkeit erreicht. Ein hierdurch ermöglichtes kontinuierliches Bildaufnahmeverfahren führt zu schnelleren Analysen etwa in der Krebsforschung, Antibiotikaentwicklung und personalisierten Medizin.

Digitalisierte und automatisierte Produktion

Mit der Fördermaßnahme „Photonik für die digitalisierte und automatisierte Produktion“ unterstützt das BMFTR vorwettbewerbliche Forschungs- und Entwicklungsvorhaben, die dazu beitragen photonische Verfahren für die Digitalisierung und Automatisierung von Produktionsprozessen nutzbar zu machen. Dies kann entweder durch anwendungsnahe Projekte zum Einsatz photonischer Verfahren oder durch die Erforschung neuer photonischer oder quantentechnologiebasierter Sensorprinzipien erfolgen. Im Rahmen dieser Maßnahme starten vier neue Projekte:

ProDNN implementiert opto-elektronische neuronale Netzwerke zur Datenverarbeitung, die so optimiert werden, dass die Vorteile der Optik voll ausgenutzt werden können. Durch die Nutzung mikro- und nanostrukturierter optischer Elemente sollen möglichst viele Datenverarbeitungsprozesse optisch erfolgen. So können Sensoren realisiert werden, die Informationen schneller und energiesparender als bisher aus komplexen Bildern extrahieren.

UP-DrehOptik entwickelt eine innovative Maschinen-, Mess- und Verfahrenstechnik für die laserbasierte Fertigung von Präzisions-Optiken aus Glas. Die laserbasierte Fertigung der Form von asphärischen Optiken und deren Präzisions-Formkorrektur sollen eine effiziente Herstellung komplexer Optiken wie Bi-Asphären und Cassegrain-Objektive in wenigen Minuten bei stark reduziertem Ressourceneinsatz ermöglichen.

Um Produktionsprozesse für Flüssigkeiten und Feststoffe in Echtzeit mit laserspektroskopischen Verfahren kontinuierlich zu überwachen, erforscht InlineMIR ein monolithisches MIR-Halbleiterlasersystem. Das Potenzial der Lasersensorik im mittleren Infrarot für Inline-Analysen soll exemplarisch an Beispielen aus dem Pharmabereich und der Trinkwasseraufbereitung aufgezeigt werden.

PRIMAD entwickelt eine daten- und wissensbasierte Methode zur Optimierung und Qualitätssicherung in der Optikproduktion. Das Projekt implementiert ein digitalisiertes optisches Produktionssystem, das mithilfe digitaler Zwillinge, FEM-Simulationen und KI Modellen Datenbanken aufbaut und Prozessparameter ermittelt. So kann eine automatisierte, bildbasierte Qualitätskontrolle verwirklicht werden, die Entwicklungszeiten verkürzt und die Abhängigkeit von Bedienerexpertisen reduziert.

KMU-innovativ

Mit der Fördermaßnahme „KMU-innovativ: Photonik und Quantentechnologien“ unterstützt das BMFTR risikoreiche industrielle vorwettbewerbliche FuE-Vorhaben, die technologieübergreifend und anwendungsbezogen sind. Sie sollen den Bereichen Photonik oder Quantentechnologien zugeordnet werden können und für die Positionierung des Unternehmens am Markt von Bedeutung sein. Ziel ist die Stärkung der KMU-Position bei dem beschleunigten Technologietransfer aus dem vorwettbewerblichen Bereich in die praktische Anwendung. 

MIRCOSENS, das im Rahmen dieser Maßnahme startet, entwickelt ein laserbasiertes Messverfahren für die Bioanalytik, das Messzeit und Materialverlust deutlich reduzieren kann. Dafür wird eine neuartige Laserplattform auf Basis optischer Wellenleiter entwickelt. So sollen Messungen, auch kleinster Probemengen, schneller und effizienter durchzuführen sein.

Anwendungsorientierte Quanteninformatik 

Das Quantencomputing hat das Potenzial, Berechnungen und Simulationen auszuführen, die von klassischen Rechnern aufgrund von Skalierungseffekten auch in Zukunft nicht gelöst werden können. Kurz- und mittelfristig verfügbare „noisy intermediate-scale quantum computer“ (NISQ) müssen allerdings erst zeigen, bei welchen praxisrelevanten Problemen („Use Cases“) sie einen Vorteil liefern können. Daher unterstützt das BMFTR mit der Maßnahme „Anwendungsorientierte Quanteninformatik“ Projekte, die den Nachweis praktischer Anwendervorteile durch die Nutzung eines Quantencomputers erbringen oder zumindest die Grundlagen hierfür erschließen und die benötigten Ressourcen abschätzen. Hier starten zwei Projekte:

QuaRDS will durch die Kombination von Quantenalgorithmen, Visualisierungsverfahren und biomedizinischem Fachwissen ein leistungsfähiges Modell zur Datenanalyse in der Medizin entwickeln. Hierzu wird die Eignung von Quantum Reservoir Computing (QRC) für die Analyse komplexer biomedizinischer Daten bewertet und erprobt. Der Einsatz von QRC soll zu schnelleren, genaueren Diagnosen und einer effizienteren Entwicklung neuer Wirkstoffe führen.

Um das Potenzial von Quantenrechnern für kombinatorische Optimierungsprobleme zu untersuchen, entwickelt PraktiQOM theoretische Methodiken, die an Ideen der Kryptografie anknüpfen. Die Methodiken werden anhand eines konkreten Use Case aus der Chipentwicklung (Electrical Design Automation) entwickelt und erprobt.

Quantum International

Mit der Maßnahme „Quantum International – Internationale Kooperationen in den Quantentechnologien“ unterstützt das BMFTR sowohl anwendungsorientierte, internationale Verbundprojekte in den Quantentechnologien als auch Projekte zur gezielten Kooperation zwischen unterschiedlichen Ausbildungs- und Weiterbildungssystemen in diesem Bereich. Ziel ist, deutsche und internationale Forschungspartner aus Wissenschaft und Wirtschaft mit komplementärer Spitzenexpertise zusammenführen sowie deutsche und internationale Fachkräfte für die Anforderungen der Quantentechnologien zu begeistern, sie aus- und weiterzubilden.

Hier startet MasterQE und entwickelt ein Format, um interdisziplinäre Masterstudiengänge im Bereich Quantenwissenschaft zugänglicher und vielfältiger zu gestalten. Dies geschieht durch hybride Lehrformate und forschungsnahe Spezialveranstaltungen und Abschlussarbeiten, die einen länderübergreifenden Austausch fördern sowie durch eine Bildungsplattform mit jährlichen gemeinsamen Einführungsschulen und Sommerakademien. Das länderübergreifende Projekt der Unis Siegen und Gdańsk steht wegweisend für die europäische Integration interdisziplinärer Quanten-Ausbildung.

Weitere Projekte

Im Rahmen des europäischen Calls „European Quantum Excellence Centres (QECs) in applications for science and industry“ startet das internationale Projekt QEC4QEA. Das „Quantum Excellence Centre for Quantum-Enhanced Applications“ baut eine integrierte Plattform zur Entwicklung und Anwendung quantengestützter Technologien in Wissenschaft und Wirtschaft auf und stellt eine zentrale Anlaufstelle („One-Stop Shop“) mit einer Vielzahl an Werkzeugen bereit.

Alle weiteren gefördeten Projekte finden Sie in unserem Projektatlas.