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Quantum Engineering
Quantentechnologien der zweiten Generation nutzen quantenphysikalische Effekte wie Superpositionszustände und Verschränkung für neue technologische Anwendungen. In den letzten Jahren ist die Entwicklung des Quantum Engineering im Rahmen der so genannten zweiten Quantenrevolution, die sich auf die praktische Anwendung von Quantentechnologien bezieht, mit beeindruckender Geschwindigkeit vorangeschritten. Ein Schwerpunkt ist dabei die Konstruktion von Hardwareplattformen für Quantencomputer sowie Technologien mit erhöhter Sicherheit für die Kommunikation (Quantenkommunikation) und für Sensoren und Messgeräte mit erhöhter Präzision (Quantensensorik).
Bestehende Forschungsprojekte
Projektleitung: Szabolcs Góger
Förderer: Europäische Union
Die molekulare Polaritonik ist ein aufstrebendes Forschungsgebiet mit potenziellen Anwendungen bei der Manipulation chemischer Prozesse sowie der Regulierung des Energietransfers. Polaritonen – gekoppelte Systeme aus Molekülen und resonanten elektromagnetischen Feldern in Quantenkavitäten – besitzen einzigartige Eigenschaften, die eine nicht-invasive Beeinflussung molekularer Systeme möglich machen. Während die Berechnung der Potentialenergieflächen von Polaritonen möglich ist, bleibt die Beschreibung anderer Eigenschaften weiterhin eine Herausforderung. Das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen geförderte Projekt QEDControl will Theorien formulieren und Techniken zur Berechnung polaritonischer Antworteigenschaften in Quantenkavitäten entwickeln. Unter Nutzung theoretischer Molekularphysik, leistungsstarker Softwareentwicklung und angewandter computerchemischer Methoden zielt es darauf ab, einen theoretischen Rahmen und Softwarewerkzeuge zu etablieren, welche die zukünftige Gestaltung chemischer Prozesse in Quantenkavitäten ermöglichen werden.
Projektleitung: Christoph Becher
Förderer: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
Im Verbundprojekt QR.N arbeiten über 40 Partner aus Forschung und Industrie daran, Quantenrepeater weiterzuentwickeln – Geräte, die eine sichere Datenübertragung über große Entfernungen ermöglichen und damit die Grundlage für zukünftige abhörsichere Quantennetzwerke bilden.
Quantenrepeater sind nötig, weil verschränkte Lichtteilchen auf langen Strecken verloren gehen können. Die Technologie soll dafür sorgen, dass Quantendaten zuverlässig gespeichert, weitergegeben und über mehrere Knoten hinweg übertragen werden können – nicht nur im Labor, sondern auch auf realen Teststrecken.
Langfristig soll QR.N helfen, ultrasichere Kommunikationsnetze und sogar die Vernetzung zukünftiger Quantencomputer zu ermöglichen – ein wichtiger Beitrag zur IT‑Sicherheit von morgen.
Projektleitung: Jürgen Eschner
Förderer: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
QuantumMiniLabs hat das Ziel, Quantenphysik für alle erlebbar zu machen. Dafür entwickelt das Projekt eine günstige, modulare und einfach nutzbare Experimentierumgebung, die an 100 Lernorte in Deutschland verteilt wird. So sollen auch Schulen und Bildungseinrichtungen ohne teure Labore praktische Quantenexperimente durchführen können.
Die Mini‑Labore basieren auf robusten Quantensystemen bei Raumtemperatur, etwa Diamanten mit Stickstoff‑Fehlstellen. Damit können Lernende selbst erleben, wie grundlegende Quanteneffekte funktionieren – von Quantenkryptografie bis hin zu einfachen Sensorexperimenten. Das Projekt will so breites Verständnis und Begeisterung für Quantentechnologien fördern.
Projektleitung: Christoph Becher
Förderer: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
Das Forschungsvorhaben Technologien und Demonstratoren für Quantenrepeater (TD.QR) zielt auf die Entwicklung, Optimierung und Erprobung zentraler Repeater-Technologien ab und baut dabei auf den Vorarbeiten des Verbundprojekts Quantenrepeater.Net (QR.N) sowie früheren Forschungsverbünden auf, in deren Rahmen bereits zentrale Technologien, Konzepte und Protokolle für Quantenrepeater entwickelt und in ersten Demonstrationen erprobt wurden – darunter die Verteilung von Verschränkung und die Quantenteleportation über Glasfaserstrecken.
Die Verbindung von Grundlagenforschung, Technologieentwicklung und Anwendungsperspektiven ermöglicht es, zentrale Herausforderungen der Quantenrepeater-Technologie systematisch zu adressieren und Forschungsergebnisse in konkrete Anwendungen zu überführen. Mit seinem Beitrag zur Quantenkommunikation im Rahmen der Hightech Agenda Deutschland stärkt TD.QR die technologische Leistungsfähigkeit und Souveränität Deutschlands in einem strategisch zentralen Zukunftsfeld.
Projektleitung: Christoph Becher
Förderer: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
Ziel des Projekts Miniaturisierte Verschränkungsquelle im Telekombereich auf Basis von AlGaAs-Bragg-Reflexions-Wellenleitern (VOMBAT) ist es, eine winzige Lichtquelle auf einem Chip zu entwickeln, die verschränkte Photonenpaare erzeugt – also spezielle Lichtteilchen, die sich perfekt für die sichere Quantenkommunikation eignen.
Diese Photonen sollen genau in den Telekommunikations‑Frequenzbereichen erzeugt werden, damit sie sich verlustarm über bestehende Glasfasernetze übertragen lassen. Das Projekt integriert dafür Laser, Photonenquelle und Verteiltechnik direkt auf einem einzigen Chip. Dadurch wird die Technologie kompakter, günstiger und leichter in großem Maßstab einsetzbar.
Wenn das gelingt, könnten in Zukunft quantensichere Kommunikationssysteme viel einfacher, energieeffizienter und massentauglich werden – ein wichtiger Schritt hin zu sicherer digitaler Infrastruktur.
Das Zentrum für Quantentechnologien (QuTe) wird unterstützt durch das Transformationsprogramm Forschung und Wissenstransfer Saar.