Messe und Fachtagung zur Quantenphotonik geht erfolgreich ins zweite Jahr

„Quantentechnologie und Photonik sind eng miteinander verwandt“, betonte Michael Kynast, Geschäftsführer der Messe Erfurt GmbH, bei der Eröffnung des Fachkongresses. Eine enge Verbindung, der der anwenderorientierte Kongress mit Fachausstellung Rechnung trägt. „Die Quantum Photonics bietet eine große Bandbreite an Entwicklungen im Bereich der Quantentechnologie und der Photonik und stellt eine ideale Plattform für den Austausch dar,“ verdeutlichte Michael Kynast die Relevanz der Messe. Sowohl der Fachkongress als auch die Fachausstellung bieten zahlreiche Gelegenheiten, wissenschaftliche Erkenntnisse vorzustellen und zu diskutieren, industrielle Anwendungen zu präsentieren und den Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis voranzutreiben.

Colette Boos-John, Thüringer Ministerin für Wirtschaft, Landwirtschaft und Ländlichen Raum, hob vor allem den Neuigkeitsaspekt der Quantentechnologie hervor – ebenso wie ihr großes Zukunftspotenzial. „Die Quantentechnologie muss erst noch beweisen, was sie kann“, stellte sie heraus. Die Konferenz und Fachtagung fördere jedoch aktiv die Rolle der Quantentechnologie und der Photonik und sei damit eine äußerst wichtige Veranstaltung. Schließlich spiele die Quantentechnologie eine zunehmend große Rolle für die Industrie. „Unsere wirtschaftliche Zukunft hängt von dieser Technologie ab“, bekräftigte Boos-John in ihrer Eröffnungsansprache.

18 Unternehmen präsentierten sich auf der Fachausstellung

Eine der tragenden Säulen der Quantum Photonics war die Fachausstellung, die insgesamt 18 Aussteller mit Leben füllten. Hier präsentierten namhafte Unternehmen und Forschungseinrichtungen ihre Produkte und Entwicklungen und kamen sowohl mit den Besucherinnen und Besuchern der Messe als auch untereinander ins Gespräch. So etwa das Unternehmen X-FAB, ein Halbleiterhersteller mit Sitz in Erfurt und weiteren weltweiten Standorten. Zu den Produkten zählen vor allem kundenspezifische Schaltkreise für die Automobilindustrie, für die Luft- und Raumfahrtindustrie und sonstige industrielle Anwendungen sowie MEMS, also Mikro-elektromechanische Systeme, die mechanische Strukturen und Elektronik auf einem Chip vereinen. „Thüringen hat eine äußerst große optoelektronische Community, für die die Mikroelektronik eine Schlüsselkomponente ist. Als Erfurter Unternehmen ist die Quantum Photonics für uns eine wertvolle Gelegenheit, mit unseren Regionalpartnern in den Austausch zu kommen und viele weitere interessante Kontakte zu knüpfen“, stellte Muralikrishna Sathyamurthy. Director Innovation, IP and Patents bei X-FAB heraus.

Die Firma May Distribution aus Berlin präsentierte auf der Ausstellung modulare Plattformen für skalierbare Quanten- und Photonik-Steuersysteme. Dabei sind sowohl niedrige Latenzzeiten und exakte Synchronisation als auch hohe Signalqualität gefragt. Zudem müssen die komplexen Systeme skalierbar sein. Die Antwort des Unternehmens auf diese Anforderungen: Standardisierte Komponenten, integrierte Kühlung und Engineering-Services, die die Entwicklungszeiten verkürzen und es ermöglichen, komplexe Systeme effizient zu realisieren. „Wir freuen uns sehr, unsere modularen Lösungen auf der Quantum Photonics präsentieren zu dürfen“, betonte Dipl.-Ing. Peter Siebertz von May Distribution.

Neben namhaften Unternehmen waren auch zahlreiche Forschungseinrichtungen auf der Fachausstellung vertreten, so zum Beispiel das Institut für Photonische Quantensysteme PhoQS der Universität Paderborn. Die Forscherinnen und Forscher – ein interdisziplinäres Expertenteam aus Physik, Mathematik, Informatik und Elektrotechnik – arbeiten vor allem in den Bereichen Quantensimulation, Quantenkommunikation, Quantenmetrologie und Quantencomputing. „Die Messe Quantum Photonics bedeutet für uns Vernetzung mit der Community – auch und gerade mit den in Deutschland aktiven Playern“, hebt Philip Held von der Universität Paderborn hervor.

Fachkongress: Forum „Quantum in Computing & AI“

Die zweite tragende Säule der Quantum Photonics war der Fachkongress, der sich in vier Forenthemen aufgliederte. Nach der Begrüßung drehte sich im Forum „Quantum in Computing & AI“ alles um Quantencomputer. Diese sollen langfristig ausreichend Rechenpower zur Verfügung stellen, um Probleme zu lösen, an denen herkömmliche Superrechner sich vergeblich abmühen.

Auf den engen Zusammenhang zwischen Quantencomputing und Photonik wies Dr. René Sondenheimer von der Friedrich-Schiller-Universität Jena hin. „Photonik dient als grundlegende Technologie für das Quantencomputing – sei es bei den Ionenfallen-Quantencomputern, sei es bei Systemen, die auf neutralen Atomen beruhen.“ Doch bevor Quantencomputing vollständig universell verfügbar sein würde, blieben erhebliche technologische Herausforderungen bestehen, hob er hervor, so etwa Verluste von Photonen bei photonischen Quantenprozessoren. Diese nutzen Photonen, um Quanteninformationen zu kodieren, zu übertragen und zu verarbeiten. Sondenheimer und sein Team arbeiten an Lösungen, um Verluste von Photonen gezielt zu minimieren.

Während übliche Ansätze für das Quantencomputing in der Supraleitung oder in natürlichen Qubits wie Ionenfallen, Festkörperspin und neutralen Atomen liegen, nutzt die NVision Imaging Techologies GmbH molekulare Spins. „Moleküle vereinen das Beste dieser beiden Welten und bieten viele Möglichkeiten für Qubits“, erläuterte Dr. Matthias Pfender, Senior Director bei NVision, in seinem Vortrag. Als Basis für die rein organische Quantenplattform nutzt er photoaktive Triplett-Carbene, die in eine starre kristalline Wirtsmatrix eingebettet sind.

Fachkongress: Forum „Quantum for Cyber Security & Networks“

Sicherheit wird großgeschrieben im Bereich der Quantentechnologie. Um sie zu garantieren, müssen Quantenkryptographische Verfahren weiterentwickelt und in die Anwendung gebracht werden, allem voran die Quantum Key Distribution (QKD): Diese Verschlüsselung hält – anders als herkömmliche Verschlüsselungen – auch Angriffen von Quantencomputern stand. Entsprechende Ansätze stellten Expertinnen und Experten im Forum „Quantum for Cyber Security & Networks“ vor.

Wie ein quantensicheres Kommunikationsnetz aussehen kann, erläuterte Dr. Nils gentschen Felde von der Universität der Bundeswehr anhand des Projekts „MuQuaNet – das Quanten-Internet im Großraum München“. Das Ziel sei der Aufbau einer QKD-Testumgebung für Forschung und Evaluierung. Der Fokus liege, wie der Computerwissenschaftler erklärte, auf der Sicherheitsanalyse von Quantum Key Distribution. Dabei gehe es nicht um einmalige Testergebnisse, sondern um einen wiederholbaren und vergleichbaren Evaluierungsablauf über verschiedene Anbieter und QKD-Technologien hinweg. „Die QKD verspricht bewiesene Sicherheit“, bestätigte er. Schließlich verändert jeglicher Versuch, die Übertragung auszulesen, die Quantenzustände und ist somit erkennbar. Doch habe sich anhand eines faserbasierten Testbetts, das auch anderen Forschungseinrichtungen, Behörden und militärischen Stellen zur Verfügung gestellt werden soll, gezeigt: Keines der zahlreichen getesteten QKD-Systeme verschiedener Anbieter erfülle die notwendigen Sicherheitskriterien – nicht aufgrund der Physik, sondern aufgrund der nicht perfekten Implementierung. Um solche Sicherheitslücken zu schließen, arbeite die Universität der Bundeswehr eng mit den Anbietern zusammen.

Diese Lücke möchte die TÜV Informationstechnik GmbH (TÜVIT) schließen, wie Dr. Natalie Jung in ihrem Vortrag berichtete. Gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie entwickelt die TÜVIT sowohl ein Testlabor, in dem sich die Sicherheit von QKD-Protokollen bewerten lässt, als auch ein umfassendes Zertifizierungssystem. Jung erklärte, welche Bedrohungen für die Implementierung von QKD-Systemen bestehen, und nannte die wesentlichen Komponenten, die für ein vollständiges Zertifizierungsframework erforderlich sind.

Einen Einblick in die Herstellerseite von QKD-Systemen bekamen die Besucherinnen und Besucher im Vortrag von Dr. Alessandro Zannotti von der Quantum Optics Jena GmbH. Das Unternehmen entwickelt Quantenschlüsselverteilungssysteme, die auf verschränkten Photonenquellen basieren. Eingesetzt werden diese laut Zannotti unter anderem im MuQuaNet Campus Network, das 2025 erstmals realisiert wurde und noch im Laufe des Jahres 2026 in den kontinuierlichen Betrieb überführt werden soll.

Derzeit sind die Kosten für QKD-Systeme noch sehr hoch. „Zwar gibt es weltweit über 50 Firmen, die QKD-Systeme anbieten“, sagte Dr.-Ing. René Kirrbach vom Fraunhofer IPMS in seinem Vortrag, „doch sind die Devices mit über 100.000 Euro für einen einzelnen Link nach wie vor äußerst teuer.“ Auch die Reichweite sei begrenzt, sie läge typischerweise bei maximal 150 Kilometern. Die Forscherinnen und Forscher vom Fraunhofer IPMS arbeiten daher an hoch skalierbaren, kosteneffizienten QKD-Systemen. Einen möglichen Ansatz sieht Kirrbach in photonischen integrierten Schaltkreisen sowie in Ansätzen, die diskrete Quantenzustände nutzen.

Fachkongress: Forum „Quantum for Defence & Space”

Die sichere Übertragung von Daten steht auch im Bereich Defence & Space im Vordergrund – wie am zweiten Messetag im gleichnamigen Forum deutlich wurde. Sollen Daten global über quantenmechanische Prozesse verschlüsselt werden, ist jedoch ein satellitengestütztes Netzwerk erforderlich, über das die Schlüssel ausgetauscht werden können.

Europas erste Initiative für ein Satelliten-QKD-System, das die nationalen Anstrengungen via Satellit miteinander koppeln soll, ist die Eagle-1-Mission. Den Launch plant die ESA für Ende 2026. Nun sind für solche Weltraummissionen nicht nur die Satelliten nötig, die Laserlicht hocheffizient zur Erde übertragen können, sondern auch Bodenstationen, um die Schlüssel in ein Glasfasernetz und schließlich zum Endnutzer weiterzuleiten, wie Dr. Matthias Goy vom Fraunhofer IOF bei seinem Vortrag betonte. Eine davon ist die Optische Bodenstation Jena, kurz OGS Jena die auf einem Teleskop mit einer 80 Zentimeter großen Öffnung basiert. „Wir bereiten diese Bodenstation für die Kooperation mit Eagle-1 vor“, erläuterte Goy. Das Licht vom Satelliten wird dafür mit Hilfe verschiedener Spiegel in ein Labor gelenkt, um die QKD-Signale zu erhalten. Nur reicht eine einzige Bodenstation keineswegs aus. Daher arbeiten im Projekt TransEuroOGS 15 Partner daran, acht Bodenstationen für Eagle-1 vorzubereiten und miteinander zu verbinden, darunter auch die OGS Jena. Weiterhin sind grenzüberschreitende Demonstrationen geplant, wie Goy erläuterte.

Dr. Seid Koudia von der Universität Luxemburg nahm in seiner Präsentation ebenfalls Bezug auf das Projekt TransEuroOGS. Welche Quantenspeicher und weiteren Technologien eignen sich für den Weltraum? „Wir testen derzeit, was für den Low Earth Orbit LEO optimal ist – eine Kooperation wie in TransEuroOGS ist dabei unerlässlich“, sagte Koudia.

Ein globales Netzwerk von Mini-Satelliten will das Team des Projekts QYRO im niedrigen Erdorbit LEO aufbauen, wie Dr. Lara Torralbo-Campo von der Arda Atomics GmbH berichtete. „Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines weltraumtauglichen Quantengyroskops, das die Orientierungsänderungen des Satelliten messen kann. Dieses wollen wir in einem kleinen CubeSat-Satelliten validieren und mit bestehenden Technologien zur Steuerung der Satellitenausrichtung vergleichen“, sagte Torralbo-Campo.

Kick-Off-Präsentation des DFG-Projekts „3D-NLM“

Ein Highlight des zweiten Messetages war die Kick-Off-Präsentation des Projekts 3D-NLM, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG finanziert wird. Das Ziel des Thüringer Projekts liegt in der Entwicklung einer Anlage, die photonische Bauteile hochpräzise nanostrukturieren und vermessen kann. Beteiligt sind die TU Ilmenau, die Friedrich-Schiller-Universität Jena und das Fraunhofer IOF. Die geplante Anlage soll den Bearbeitungsbereich für hochpräzise Nanostrukturen auf photonischen Bauteilen von rund 30 Zentimetern auf bis zu einen Meter erweitern. „Die Motivation dafür kommt aus der Erforschung des Universums: Die großen Instrumente, die dafür notwendig sind, erfordern große und extrem präzise Spektrometer“, beschrieb Dr. Uwe Zeitner vom Fraunhofer IOF. Die neue Technologie soll es ermöglichen, solche Nanostrukturen präzise zu realisieren.

Die Anforderungen an das System sind hoch, wie Dr. Thomas Kissinger von der TU Ilmenau erläuterte. So soll die Anlage Werkstücke strukturieren können, die 1 x 1 x 0,2 Meter groß und weitaus schwerer als hundert Kilogramm sind. Die Strukturierung soll nicht nur präzise aufgebracht, sondern auch überprüft und fortlaufend in-situ kalibriert werden können. Die technische Basis dafür legen Forscherinnen und Forscher in Ilmenau und Jena.

Fachkongress: Forum „Quantum for Instrumentation & Measurement”

Zu guter Letzt wurden im Forum „Quantum for Instrumentation & Measurement“ die Möglichkeiten von Quantensensoren vorgestellt. Prof. Dr. Ronny Stolz vom Leibniz Institut für Photonische Technologien gab einen Überblick über supraleitende Einzelphotonendetektoren. „Diese führen uns zu den fundamentalen Grenzen der Informationsgewinnung aus der physischen Welt“, gab Stolz zu bedenken. Die Frage, der er und sein Team sich widmen: Wann, wo und in welchem Zustand kommt das Photon an? Um sie zu beantworten, nutzt er Quanteneigenschaften wie Verschränkung und Superposition. Gebraucht werden Einzelphotonendetektoren in zahlreichen Bereichen, etwa in der Astrophysik und der Quantenkommunikation.

Wo die Quantenmagnetometer derzeit stehen – die quantenmechanische Prinzipien nutzen, um extrem schwache magnetische Felder zu detektieren und zu messen – erörtete Matthias Meyer von der Supracon AG in seinem Talk. Dabei stellte er vier Arten von quantenmechanischen Magnetometern vor. So etwa das Protonen-Präzessions-Magnetometer, das mit Robustheit, Verlässigkeit und einem günstigen Preis punktet. Mit diesem ließen sich eisenhaltige Materialien im Boden aufspüren, Grundwasser detektieren oder archäologische Stätten untersuchen. Das Stickstoff-Fehlstellen-Magnetometer dagegen habe eine hohe räumliche Auflösung von bis zu unter einem Mikrometer, sei kompakt und robust und könne künftig in der Flugzeugnavigation eine Alternative zum GPS bieten. Mit dem optisch gepumpten Magnetometer ließen sich Hirnsignale messen, etwa zur Hirnfunktionsdiagnose, und mit SQUIDs – kurz für supraleitende Quanteninterferenzdetektoren –Kupfer- und Nickelvorkommen im Boden lokalisieren.

Einen äußerst interessanten Quantensensor stellte Prof. Dr. Jan Meijer von der Universität Leipzig vor. „Wir haben uns gefragt: Könnte es nicht möglich sein, einen Quantensensor herzustellen, der den kostengünstigen Hall-Sensor schlägt?“, erinnert er sich. Gesagt, getan: Er und sein Team stellten künstlich Farbzentren her, die einen Diamanten rot färben und die lediglich aus ein oder zwei Atomen sowie einem Defekt bestehen, und brachten diese auf eine optische Faser auf. Heraus kam ein Sensor, der eine absolute Messung des Magnetfeldes erlaubt statt nur die Messung relativer Änderungen. „2020 gründeten wir mit diesem Ansatz das Spin-off Quantum Technologies GmbH“, sagte er. Der Sensor könne beispielsweise direkt im E-Motor messen, arbeite schneller als ein Hall-Sensor und eigne sich auch für kritische Infrastrukturen.

Informative Pausen: Coffee Pitches

Selbst in den Kaffeepausen wurde den Besucherinnen und Besuchern viel geboten: In insgesamt neun 15-minütigen Coffee-Pitches erfuhren sie Wissenswertes rund um Polarisatoren in der Quantenoptik, Quantenphasensensorik, Computing mit gequetschtem Licht und weiteren Schlüsseltechnologien für Quantenanwendungen.