Wirtschaftsspiegel Thüringen – Ausgabe 02/2021

Zukunft 15 www.iof.fraunhofer.de stützen. Die deutsche Hightech- und Photonik-Industrie bereitet sich bereits auf diesen Schritt vor. Am Fraunhofer IOF wird beispielsweise in Projekten wie „AQTION“ oder „IQuAn“ erforscht, wie photonische Komponen- ten die Entwicklung zu einem vielseitig einsetzbaren Quantencomputer mitge- stalten können. In diesem Zusammen- hang werden z. B. Quantengatter entwi- ckelt, die einzelne Ionen optisch adressierbar machen. Quantengatter sind für die Herstellung von Quanten- computern wichtig. Sie sind vergleich- bar mit den elektronischen Gattern ei- nes klassischen Computers, die dort die binären Eingangssignale zu binären Ausgangssignalen verarbeitet. Quan- tengatter erfordern aber neue, oft pho- tonische Technologien, weil sie mehr als nur zwei Zustände kennen. Auch be- schäftigen sich Fraunhofer-Forscherin- nen und -Forscher im Rahmen diverser weiterer Projekte damit, Quantenhard- ware als hochintegriertes, stabiles und zuverlässiges Werkzeug für Partner aus Industrie und Wirtschaft zur Verfügung zu stellen. Quantenkommunikation zum Schutz von (Unternehmens-) Geheimnissen Ist der Quantencomputer dann erst ein- mal da, wird er die Spielregeln vieler heutiger Systeme verändern – insbe- sondere in der Kommunikation. Doch werden die Karten hier nicht erst in fer- ner Zukunft neu gemischt: Schon heute können sensible Daten von Hackerin- nen und Hackern abgespeichert und in Zukunft mithilfe leistungsfähigerer Computer ausgelesen werden. Davon betroffen sind insbesondere Daten mit langer Geheimhaltungsfrist, z. B. Unter- nehmensgeheimnisse, aber auch Ge- sundheitsdaten von Bürgerinnen und Bürgern. Gegen solche „Store now, decrypt later“- Attacken (dt.: „Jetzt speichern, später entschlüsseln“) will eine vom Bundes- ministerium für Bildung und Forschung geförderte Forschungsinitiative vorge- hen: In „QuNET“ entwickelt das Fraun- hofer IOF gemeinsam mit weiteren Partnern praktisch abhörsichere Kom- munikationssysteme. Um auch vor dem Hintergrund kommender Quantencom- puter weiterhin unsere technologische Souveränität wahren zu können, arbei- tet QuNET an Verfahren, um sensible Informationen etwa zwischen Behörden oder (Hoch-)Sicherheitsbereichen aus- zutauschen. Auch für Netzwerke im Banken- und Finanzsektor sind derlei Methoden zur hochsicheren Quanten- kommunikation interessant. Quantenbasierte Bildgebung für Medizin und Autoindustrie Doch nicht nur in der Informations- technik bergen Quantentechnologien innovative Potenziale. Auch in der Bild- gebung gibt es viele innovative Ideen: Am Fraunhofer IOF werden bildgebende Messverfahren basierend auf nicht-klas- sischen Zuständen von Licht untersucht. Derartige Verfahren sind vor allem für die Medizin relevant, denn sie erlauben eine intensivere Analyse biologischer Proben, die auf bestimmte Wellen- längen sensibel reagieren und mit her- kömmlichen Systemen in dieser Form nicht (oder nur schwer) möglich sind. Auch kann mit solchen Methoden z. B. die Strahlenbelastung bei der Tumor- diagnostik für Patientinnen und Pa- tienten reduziert werden. Und auch in der Autoindustrie schlum- mern Anwendungspotenziale: Das Prinzip der Quantenbildgebung kann insbesondere für das voll autonom fah- rende Auto genutzt werden, um z. B. durch Nebel hindurchzublicken. Auf die- se Weise ließe sich die Fahrsicherheit bei widriger Witterung erhöhen. Da- rüber hinaus können Quantensensoren bei industriellen Arbeitsprozessen zum Einsatz kommen, bei denen ein Auf- einandertreffen von Mensch und Ma- schine gefahrlos vonstatten gehen muss. Generell werden Quanten- sensoren künftig dazu beitragen, dass Mensch und Maschine ihre Umwelt bes- ser verstehen lernen. Early Adopter gestalten aktiv die Quantenzukunft An Quantentechnologien vollziehen sich gleich mehrere Transformationen in der Industrie. Der ungebrochene Trend zur Digitalisierung, der durch quantenbasierte Technologien weiter vorangetrieben wird, ist dabei nur die Spitze des Eisbergs. Um innovative Produkte am Markt zu platzieren, rüsten sich immer mehr Akteurinnen und Akteure. Erst im Frühjahr dieses Jahres gründete sich mit der „Quantum Optics Jena GmbH“ ein Jungunternehmen aus dem Fraunhofer IOF aus. Das Start-up entwickelt quan- tenbasierte Lösungen für hochmoderne Kommunikationssysteme und will da- mit zu einem Pionierunternehmen für hochsichere Quantenkommunikation werden. Der Zeitpunkt ist gut gewählt: Für einzelne Großanwender sind bereits in wenigen Jahren effizientere Problem- lösungen in individuellen Geschäfts- aufgaben denkbar. Quantentechnologien werden noch lan- ge Gegenstand der Forschung bleiben, aber zu immer größeren Teilen Ge- genstand der Anwendungsentwicklung werden. Das Fraunhofer IOF gestaltet als Forschungsinstitut in den Bereichen Optik und Photonik am Traditionsstand- ort Jena diese Anwendungspotenziale und damit die globale Quantenzukunft aktiv mit. Die Welt ist eine Quantenwelt. Soll heißen: Alles besteht aus Quanten, sofern wir uns nur hin- reichend kleine Systeme an- schauen. Denn Quanten sind die kleinsten und unteilbare Ein- heiten, die physikalische Wech- selwirkungen hervorrufen. In- dem sie ihren eigenen Gesetz- mäßigkeiten folgen, weisen Quanten Eigenschaften auf, die größere physikalische Systeme nicht haben. Eben diese beson- deren Eigenschaften machen Forscherinnen und Forscher in verschiedensten Anwendungs- feldern nutzbar. Was sind Quanten? Textquelle: Fraunhofer IOF