Für die Zukunft der Quantentechnologie

Ein großes Ziel moderner Forschung und Hoffnung der Industrie ist es, über die Möglichkeiten klassischer Technologien hinauszugehen. Das mit 1. März startende Projekt "Quantum Information Systems Beyond Classical Capabilities (BeyondC)", koordiniert von der Universität Wien, nutzt dafür die einzigartigen Eigenschaften der Quantenphysik. Weltweit führende WissenschafterInnen 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 (Quantum Information Systems Beyond Classical Capabilities) haben sich weltweit führende QuantenwissenschafterInnen aus Österreich und Deutschland zusammengeschlossen, um die experimentellen Möglichkeiten jenseits der Grenze klassischer Technologien auszuschöpfen. Sie 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 Barbara Kraus von der Universität Innsbruck mit 5,3 Mio. € ausgestattet. Hinzu kommen 0,28 Mio. € 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 QuantenwissenschafterInnen 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 (MPQ) 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.