Anwendungsorientierte Quanteniformatik
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 BMBF 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 im Januar fünf neue Projekte:
QuSol untersucht, wie Optimierungsprobleme in der Produktionsplanung mit Quantenrechnern effizient gelöst werden können. Für existierende und zukünftige Quantenrechner, sowie die Integration in kombinierte Lösungsverfahren bestehend aus klassischen und Quantenmethoden werden existierende Quantenalgorithmen erweitert und neue quantenalgorithmische Verfahren entwickelt.
VeriVaQ entwickelt anwendbare und automatisierte quantenalgorithmische Methoden zur systematischen Approximation energetischer Eigenzustände molekularer Systeme und stattet sie mit Werkzeugen zur quantitativen Verifikation aus. Im Projekt wird das variationelle Quantencomputing auf spezifische, industriell motivierte Molekülsysteme zugeschnitten und nicht als Universallösung betrachtet.
NOGS entwickelt neuartige Methoden, um präzise chemische Grundzustandsenergien ohne herkömmliche Zustandspräparation zu berechnen. Ein neuer Workflow kombiniert klassische und quantenmechanische Ansätze.
NeuQuant klärt die Möglichkeit der Realisierung eines Quantenvorteils im Bereich des maschinellen Lernens und lotet aus, welche Perspektiven neuronale Quantennetzwerke im Bereich künstlicher Intelligenz bieten.
QuaSiLaMa entwickelt Quantenalgorithmen zur Simulation von Molekülstößen und Quantenfilmen. Die Ergebnisse sollen die Leistung und Effizienz moderner Laser verbessern, indem sie direkt in die Entwicklungsmethodik von CO2‐Lasern und VCSELn mit einfließen.
Quantum Futur III
Das BMBF unterstützt mit der dritten Runde der Maßnahme „Nachwuchswettbewerb Quantum Futur“ exzellente Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler beim Aufbau einer eigenen und unabhängigen Nachwuchsgruppe, die sich mit neuen interdisziplinären Forschungsansätzen in den Quantentechnologien zweiter Generation auseinandersetzt. Dabei sollen sie das wissenschaftliche Profil der beantragenden Institution im Hinblick auf die „Quantentechnologien“ abrunden beziehungsweise bestehende Schwerpunkte exzellent ergänzen. Im Rahmen dieser Maßnahme starten drei neue Projekte:
IonLinQ entwickelt neuartige photonische Schnittstellen für Ionen-basierte Quantenprozessoren. Für die Mikroresonatoren, die hierzu direkt in die Ionenfallen‐Elektroden integriert werden, werden spezialisierte leitende Spiegelbeschichtungen entwickelt und getestet.
qHPC-GREEN entwickelt eine hybride High‐Performance (HPC) und Quantencomputing (QC)‐Methode, die für die genaue Berechnung von Quantenmaterialien und bio‐inspirierten Katalysatoren maßgeschneidert ist. Deren nahtlose Implementierung soll zum besseren Verständnis von biochemischen katalytischen Systemen beitragen.
HoliQC2 entwickelt ein umfassendes, ganzheitliches hybrid-quantum-klassisch algorithmisches Grundgerüst, das speziell auf quantenchemische Anwendungen zugeschnitten ist. Es vereinheitlicht und optimiert Berechnungsprozesse und ermöglicht genauere und effizientere Simulationen chemischer Systeme auf Quantenebene.
Quantenmaterialien
Die Verbesserung bekannter Materialklassen und die Erforschung neuer Materialien und Prozesse für Quantensysteme sind ein Beitrag zur Stärkung der technologischen Souveränität Deutschlands und Europas. Das BMBF unterstützt mit der Maßnahme „Innovative Materialien und Prozesse für Quantensysteme“ sowohl Projekte, die innovative Materialien und Prozesstechnologien für konkrete Anwendungen in der Photonik und den Quantentechnologien (weiter-) entwickeln als auch solche, die gänzlich neuartige Materialien und Prozesse für quantentechnologische Anwendungen erforschen. Hier starten drei Projekte:
LiN4Quant erforscht eine Technologie, bei der die Eigenschaften des LiNbO3 als Wellenleitermaterial ohne LNOI‐Wafer genutzt werden. So soll die Skalierungsmöglichkeit für die LiNbO3‐Technologie erweitert und deren Einsatz in komplexeren kryogenen Quantensystemen ermöglicht werden.
Qrious untersucht alternativer Materialsysteme, um die materialspezifischen Limitierungen aktueller, auf Aluminium‐Technologie basierender supraleitender Qubits zu überwinden. So können Schlüsselfragen zu den untersuchten Materialien und deren Funktionsdetails geklärt werden, was auch Anwendungsfelder außerhalb der Quanteninformatik eröffnet.
PoQuaHonta erzeugt deterministisch platzierte Quantenpunkte erstmalig qualitativ gleichwertig mit stochastisch gewachsenen Quantenpunkten. Bei höherer Ausbeute und vorherbestimmter Position wird so das Betreiben von mehreren Photonenquellen gleichzeitig auf einem Halbleiterchip ermöglicht.
Nachhaltigkeit
Die Maßnahme „Quantentechnologische und photonische Systemlösungen für Herausforderungen des Umwelt- und Klimaschutzes, der Biodiversität, der nachhaltigen Energiesysteme und der Ressourcenschonung“ unterstützt sowohl Projekte, die quantentechnologische und photonische Systemlösungen für besonders drängende ökologische Herausforderungen bei der Transformation in Richtung Nachhaltigkeit erforschen und entwickeln als auch solche zur Zusammenarbeit und Vernetzung zwischen Akteuren aus Wirtschaft und Wissenschaft in den Bereichen Photonik, Quantentechnologie und Nachhaltigkeit.
Hier startet Mini-HAWK. Das Projekt entwickelt ein Unterwasserkamera‐Systems, das in der Lage ist, hochauflösende Bilder von Plankton zu erfassen und daraus ökologische Schlüsselkennzahlen zu ermitteln. Zur automatisierten Messung und Analyse werden modernste optische Technologie und Künstlicher Intelligenz eingesetzt.
Quantum International
Mit der Maßnahme „Quantum International – Internationale Kooperationen in den Quantentechnologien“ unterstützt das BMBF 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.
In diesem Rahmen startet das deutsch-niederländische Projekt ALMANAQC. Es treibt die Entwicklung von Quantencomputern voran, indem es Soft- und Hardware parallel erarbeitet (Co‐Design). So kann durch maßgeschneiderte Algorithmen die Reichweite existierender Plattformen für das Quantencomputing erweitert 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 BMBF 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. Hier starten zwei neue Projekte:
ORION entwickelt eine über den Stand der Technik hinausgehende, kavitätsbasierte, elektrisch getriebene Einzelphotonenquelle für den Bereich der Quantenphotonik, die die Erzeugung von Einzelphotonen auf Abruf ermöglicht.
NbNanoQ entwickelt eine reproduzierbare und stabile Nanodraht‐Technologie auf der Basis von gestört‐supraleitenden Niobnitrid‐Schichten. Sie ermöglicht die Realisierung eines Quanten‐Stromstandards und legt so die Grundlage für ein breites Spektrum an hochpräzisen elektrischen und elektronischen Geräten neuer Generation.
Initiativprojekt
Als Initiativprojekt startet im Januar QUANTiFaID. Es führt eine umfassende Analyse der Fachkräftebedarfe im Bereich der Quantentechnologie durch. Ziel ist es, Bildungsangebote zu schaffen, die Absolventinnen und Absolventen optimal für Tätigkeiten in diesen zukunftsfähigen Berufsfeldern vorbereiten.
Alle weiteren gefördeten Projekte finden Sie in unserer Projektübersicht.