Neue Projekte im September

Systemfunktion des Quantencomputers

Mit der Maßnahme „Systemfunktion des Quantencomputers“ fördert das BMFTR Verbundprojekte, die eine detailliertes Systemkonzept für einen Quantencomputer mit technischen Parametern und konkreter Systemskalierung entwickeln. Das vollständige Systemdesign soll dann als Grundlage für eine Roadmap zur technischen Umsetzung dienen können und eine detaillierte und skalierbare Entwicklungslinie aufzeigen.

QuaSA startet im Rahmen dieser Maßnahme. Das Projekt bewertet und verbessert die Leistung von Quantensystemen durch den Einsatz von Fehlererkennungs-, -analyse- und -minderungstechniken. Es werden Analysen von Fehlerdaten erhoben, die Fehler in isolierten Quanten-Speicherkonfigurationen untersucht und die entsprechenden Erkenntnisse auf praktisch relevante Quantenalgorithmen ausgeweitet. Die Ergebnisse dienen dann der Entwicklung besserer Fehlererkennungstechniken und effizienterer Fehler-Decoder.

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 startet snaQCs2025 und demonstriert mindestens zwei robuste logische Qubits in einer realistischen, algorithmischen Umgebung. Sie bilden die Grundlage für praktische Anwendungen in Wissenschaft und Industrie. Ein Focus des Projekts ist hierbei Entwicklung und Implementierung von speziell auf die Ionenfallen-Technologie zugeschnittene Quantenfehlerkorrektur-Methoden. Sie werden unterstützt durch klassische Softwareentwicklungen, die eine effiziente Planung und Optimierung der Quantencomputer-Ressourcen ermöglichen. 

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 September startet hier ALP-4-SIC. Das Projekt untersucht die Machbarkeit atomlagen-basierter Prozessierung für photonische Bauelemente mit signifikant verbesserten optischen Eigenschaften, um das Potential für eine industrielle Umsetzung Siliziumkarbid (SiC)-basierter PICs bewerten zu können. Ziel ist es, Prozesstechnologien mit atomarer Präzision für das Materialsystem Siliziumkarbid, insbesondere das Atomlagenätzen (ALE) zu entwickeln und in den Herstellungsprozess photonischer Bauelemente zu integrieren.

Enabling Start-up

Die Maßnahme „Enabling Start-up – Unternehmensgründungen in den Quantentechnologien und der Photonik“ unterstützt Verbünde aus einem Start-up und einer Hochschule oder Forschungseinrichtung, um innovative Ideen über Ausgründungen zur Anwendung und wirtschaftlichen Verwertung zu bringen. Im Rahmen dieser Maßnahme starten zwei Projekte:

SQale will einen Ionen-Quantencomputer der nächsten Generation mit mehr als 200 verbundenen Qubits und den weltweit niedrigsten Fehlerraten entwickeln. So können kommerziell sinnvolle NISQ-Algorithmen implementiert und moderne Fehlerkorrekturtechniken experimentell verifiziert werden. Das Projekt strebt die Möglichkeit der kommerziellen Nutzung durch die Privatwirtschaft an, wobei im Nachgang auch ein Rechenzentrum entstehen soll, das Unternehmen einen Cloud-Zugang zu Quantencomputern bietet. Die Technik soll langfristig auf Systeme mit bis zu 20.000 Qubits ausgebaut werden.

QuSTAC demonstriert den Prototyp eines leistungsstarken Quantenprozessors. Hierzu wird eine neuartige Quantenprozessor-Architektur entwickelt, die auf gefangenen Ionen basiert. Sie kombiniert Halbleiter-Elektronik zur Bewegungskontrolle der Qubits mit NFQC (Near Field Quantum Control)-Technologie, die besonders geringe Fehlerraten ermöglicht. Ziel ist die Demonstration eines Prozessors mit mindestens 100 Qubits und mehreren parallel nutzbaren Rechenregistern.

EUREKA Call 2024

Mit dem Eureka-Call zu "Applied Quantum Technologies" werden transnationale Forschungs- und Entwicklungsverbundprojekte zum Thema angewandte Quantenwissenschaft unterstützt, die bestehende Technologien übertreffen oder beschleunigen und zur Lösung von relevanten Problemen für Industrie, Wissenschaft und Gesellschaft beitragen. Für die Förderung durch das BMFTR gelten hier die Richtlinien und Bedingungen der Bekanntmachung “Quantum International – Internationale Kooperationen in den Quantentechnologien”. Hier starten zwei neue Projekte:

QREL nutzt Quantencomputer zur Auswertung großer Datenmengen. Hierzu realisiert das Projekt Quanten Graph Neural Networks, in denen die Vorteile des Quantencomputings ausgenutzt werden können. Es werden grafische Netze kodiert, die Beziehungen zwischen den einzelnen Einträgen herstellen und die Daten dann geeignet komprimiert. So können auf Basis relationaler Datenbanken Wirtschaftsprognosen erstellt und Prozesse optimiert werden.

QMIC entwickelt ein Quanten-Zwei-Photonen-Mikroskop, das auf Quanten-Strahlungsquellen mit verschränkten Photonenpaaren basiert. Dazu werden robuste, kompakte, faserbasierte Photonenpaarquelle sowie ein faserbasierter Quantendetektor entwickelt und in ein offenes Forschungsmikroskop integriert. Die Mikroskope werden zunächst unter Laborbedingungen und später im klinischen Umfeld getestet. Ziel sind verbesserte und komprimierte Zwei-Photonen-Mikroskope für die dreidimensionale tiefliegende Bildgebung im Gewebe.

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 im September zwei Projekte:

SmaraQ entwickelt neuartige UV-Wellenleiter (WL) und photonische Bauteile für Ionenfallen-Chips. Sie sollen Quantencomputer robuster und leichter skalierbar machen und die hohen Anforderungen an fehlerfreie Quantenoperationen für reale Anwendungen erfüllen. Dafür wird ein spezielles Materialsystem verwendet und als hybrider Wellenleiter erprobt. So können Verluste reduziert und der Einsatz verschiedener Wellenlängen auf einem Chip realisiert werden. Die vollständig integrierten photonischen Komponenten direkt auf dem lonenfallen-Chip ermöglichen die Miniaturisierung und Skalierung von lonen-Quantencomputern.

SQALES erforscht eine modulare opto-elektronische Adressiereinheit, mit der sich tausende Qubits auf Neutralatom-Basis einzeln ansteuern lassen. Sie basiert auf integrierten photonischen Schaltkreisen (photonic integrated circuits oder PICs) aus Lithiumniobat, die durch innovative Elektronik, aktives thermisches Management und präzise Verpackungstechnologie ergänzt werden. Ziel ist die Entwicklung eines 256-Kanal-Demonstrators und dessen Erprobung in einem Quantencomputer.

Alle weiteren gefördeten Projekte finden Sie in unserem Projektatlas.