Universit?t Paderborn erh?lt Millionenf?rderung vom NRW-Ministerium für Kultur und Wissenschaft
Mit ?Profilbildung 2020“ erm?glicht das NRW-Ministerium für Kultur und Wissenschaft (MKW) Freir?ume für die Entwicklung zukunftsweisender Forschungsthemen und die nachhaltige Steigerung der Wettbewerbsf?higkeit der jeweiligen Einrichtungen. Dafür stellt es j?hrlich rund eine Million Euro F?rdergelder pro Vorhaben zur Verfügung. Anknüpfend an vorhandene St?rken sollen Potentialbereiche ausgebaut werden, die zu einer Weiterentwicklung der Forschungsprofile beitragen. Die Universit?t Paderborn hat sich jetzt erfolgreich mit einem Antrag für den Potentialbereich ?Photonisches Quantencomputing“ durchgesetzt. Darin verfolgen Wissenschaftler*innen einen interdisziplin?ren Ansatz zur Realisierung eines photonischen Quantencomputers. An einem Standort sollen künftig alle Schritte von der Grundlagenforschung zu neuen Quantenalgorithmen über die Modellierung gro?er, komplexer Quantensysteme bis hin zur Realisierung photonischer Quantennetzwerke für entsprechende Computing-Anwendungen vereint werden. Das Vorhaben hat auch zum Ziel, eine neue Generation ausgezeichneter Forscher*innen unter Berücksichtigung der Geschlechtergleichstellung im Bereich Quantencomputing auszubilden. Mit dem Profilbereich soll sich Paderborn als international sichtbares Zentrum für photonische Quantentechnologien etablieren.
Von den Grundlagen zur Anwendung
?Die Gestaltung und Nutzbarmachung der sogenannten zweiten Quantenrevolution geh?rt zu den zentralen Herausforderungen unseres digitalen Jahrhunderts. Insbesondere der Quantencomputer mit seiner bisher unerreichbaren Rechenleistung wird unweigerlich zu essenziellen Ver?nderungen von Technik und Gesellschaft führen“, sagt Projektleiterin Prof. Dr. Christine Silberhorn. Allerdings sei der Weg bis zur Realisierung anwendungsspezifischer Quantencomputer laut Silberhorn noch lang. Entscheidende Fragen seien bis dato offen und L?sungen oftmals nur in Ans?tzen erkennbar. Das wollen die Wissenschaftler*innen ?ndern: Im Kern des gro?angelegten Vorhabens steht die parallele und aufeinander abgestimmte Entwicklung quantenphotonischer, quanteninformationstheoretischer und mathematisch-algorithmischer Modelle und Techniken, die das volle Potenzial photonischer Quantencomputer aussch?pfen. Perspektivisch soll nicht weniger als ein national und international führendes Forschungszentrum im Bereich Photonisches Quantencomputing entstehen. Dazu Silberhorn: ?Die treibenden wissenschaftlichen Fragestellungen sind zum einen mit dem Aspekt der Skalierbarkeit photonischer Quantensysteme verknüpft, zum anderen müssen algorithmische Grundlagen und praktikable Anwendungen mit photonischen Quantensystemen erforscht werden.“
Und das hat es in sich: Die Anwendungen sind hochkomplex und müssen u. a. robust gegenüber Datenverlusten und Umgebungseinflüssen sein. ?Dafür ist es notwendig, hochintegrierte Systeme zu entwickeln. W?hrend in der Quantenkommunikation Anwendungen und informationstheoretische Techniken schon recht gut verstanden sind, ist die Situation im Quantencomputing anders“, so Silberhorn weiter. Deshalb sollen inter- und transdisziplin?re sowie internationale Kollaborationen aufgebaut werden, die sich gezielt mit Hindernissen in der Forschung besch?ftigen, die eine Einzeldisziplin allein nicht überwinden kann. Dadurch werde es laut Silberhorn erstmals m?glich, flexible und bisher nicht realisierbare integriert optische Systeme für das Quantencomputing bereitzustellen.
Bündelung von Kernkompetenzen am Standort Paderborn
An der Initiative sind Wissenschaftler*innen aus den Fakult?ten für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik sowie Naturwissenschaften, federführend aus dem Department Physik, dem Institut für Informatik und der Elektrotechnik sowie aus den Bereichen der angewandten und reinen Mathematik beteiligt. Durch den gezielten Zusammenschluss verschiedener Kernkompetenzen wird das Forschungsfeld des photonischen Quantenrechnens systematisch erschlossen und neue Synergien weit jenseits der Kapazit?ten der einzelnen Disziplinen erzeugt. Dabei ist die Etablierung neuer Strukturen, die das Thema aus der Grundlagenforschung der Physik in die Forschungsaktivit?ten der Ingenieurwissenschaften übertr?gt, in der deutschen Forschungslandschaft nahezu einmalig. Darauf ist auch Universit?tspr?sidentin Prof. Dr. Birgitt Riegraf stolz: ?Durch die Bündelung unterschiedlicher Disziplinen ergibt sich eine geballte Forschungsst?rke, die auf den herausragenden Kompetenzen und der jahrelangen Arbeit der ausgezeichneten Forscherinnen und Forscher basiert. Dieser Erfolg, der die Paderborner Forschung international noch sichtbarer macht, ist gro?artig.“
Hochqualifizierte Nachwuchswissenschaftler*innen
Besonders ist vor allem auch die Ausbildung von Nachwuchswissenschaftler*innen, die alle Aspekte photonischer Quantentechnologien mit dem Schwerpunkt ?Quantum Computing“ vermittelt. Dafür soll u. a. ein interdisziplin?res Graduiertenkolleg errichtet werden. Silberhorn: ?Hier besteht die Chance, sich als erster ausgewiesener Standort für Quantenphotonik-Ingenieure unter der besonderen Berücksichtigung der Chancengleichheit von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Deutschland zu etablieren.“ Darüber hinaus wird u. a. die Einrichtung eines interdisziplin?ren Masterstudiengangs ?Quantencomputing“ angestrebt.
Interdisziplin?res Zentrum für Quantenphotonik
Schon jetzt werden kritische Technologien, die der Entwicklung eines photonischen Quantencomputers zugrunde liegen, in Paderborn sukzessive etabliert. Mit der im vergangenen Jahr genehmigten F?rderung des Forschungsbaus ?Photonic Quantum Systems Laboratory“ (PhoQS Lab) wird eine geeignete Infrastruktur geschaffen, um zukunftsweisende Quantenschaltkreise für Anwendungen in der Quantenphotonik zu erforschen. Zusammen mit der Gründung des ?Instituts für photonische Quantensysteme“ (PhoQS) befindet sich damit ein einzigartiges interdisziplin?res Zentrum für Quantenphotonik im Aufbau.
Zehnjahresplan
In den kommenden drei bis fünf Jahren werden die Grundlagen für die Entwicklung des Photonischen Quantencomputings hin zu einer praxistauglichen Hardwareplattform und zu einem wesentlichen Baustein des Hochleistungsrechnens, des sogenannten High Performance Computings (HPC) gelegt. In den darauffolgenden fünf bis sieben Jahren wird die Skalierbarkeit der Systeme vergr??ert, die Integration von Quantencomputing in klassische Rechnerplattformen und insbesondere in HPC-Systeme ausgebaut sowie die algorithmischen Techniken für das photonische Quantencomputing bedeutend erweitert. Los geht es bereits im November. Innerhalb der ersten fünf Jahre werden neue Anwendungsfelder für nicht-universelle Quantencomputer erschlossen und integriert-optische, skalierbare Quantenschaltkreise entwickelt, die ideal auf die Herausforderungen des Quantencomputings angepasst sind. Au?erdem werden die Grundlagen für die interdisziplin?re Ausbildung von Quantencomputing-Fachkr?ften am Standort Paderborn gelegt.
Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse, Kommunikation und Marketing
