Quantentechnologien in NRW

Quantentechnologien in Nordrhein-Westfalen

Unter Quantentechnologien (QT) versteht man Technologien und Anwendungen, welche gezielt auf der Ausnutzung von Quanteneffekten beruhen, d.h. der Manipulation von Materie auf atomarem sowie subatomarem Niveau unter Ausnutzung der Möglichkeit, einzelne Quantenobjekte gezielt zu kontrollieren. Es gibt bereits seit Jahrzehnten Technologien, die auf den Gesetzen der Quantenphysik basieren, beispielsweise Laser, Transistoren, Atomuhren oder die Kernspintomographie. Sie fußen jedoch darauf, dass man große Gruppen von Lichtteilchen, Elektronen oder Atomen steuert. Mittlerweile aber ist man in der Lage, Quanteneffekte einzelner Quantenobjekte kontrollieren – aus Sicht vieler Experten gleicht dies einer „zweiten Quantenrevolution“.

So erlaubt es die Quantenkommunikation erstmals, Kommunikationsleitungen sogar gegen zukünftige, derzeit noch unbekannte Angriffe zu sichern. Quantensensoren können verschiedenste Arten physikalischer Parameter mit bislang unerreichbarer Genauigkeit bestimmen. Die durch die Parallelisierung von Berechnungen gesteigerte Leistungsfähigkeit von Quantencomputern lässt die Lösung bislang ungelöster Probleme in greifbare Nähe rücken. Eng damit verbunden ist das Verhalten von komplexen Quantensystemen, welches sich mit Hilfe von anderen, hochkontrollierten Quantensystemen simulieren lässt. Diese Vorgehensweise wird als Quantensimulation bezeichnet.

Auf Basis einer hervorragenden akademischen Landschaft verfügt Nordrhein-Westfalen (NRW) über beste Voraussetzungen vom wirtschaftlichen Potential, welches mit den enormen technischen Fortschritten verbunden ist, zu profitieren. Auf dieser Seite möchten wir Ihnen daher unter anderem einen Überblick über die bereits in NRW vorhandene Expertise im Bereich der Quantentechnologien anbieten, sowie die Möglichkeit zur Kontaktaufnahme mit relevanten Akteuren und Einrichtungen in NRW sowie der Koordinierungsstelle Quantentechnologien NRW. Gerne können wir Ihnen darüber hinaus regelmäßig mit unserem Newsletter Informationen aus dem Bereich der Quantentechnologien weitergeben.

Vier gute Gründe für Nordrhein-Westfalen

Nicht selten stehen Unternehmen vor der Fragestellung der geeigneten Standortwahl für die weitere Unternehmensentwicklung. Dabei sind viele Rahmenbedingungen zunächst unabhängig von der Größe des jeweiligen Unternehmens. Wichtige Aspekte, wie Verfügbarkeit von Arbeitskraft, Forschungspartnern und ein lebendiges unternehmerisches Ökosystem sind gleichermaßen entscheidend für Start-ups und erfolgreiche Großunternehmen. Im Folgenden möchten wir Ihnen ein paar Fakten über Nordrhein-Westfalen vorstellen, die aus unserer Sicht für Ihr Unternehmen interessant sein könnten.

1. Quantentechnologien sind integraler Bestandteil der Wirtschafts- und Wissenschaftsstruktur von Nordrhein-Westfalen

Nordrhein-Westfalen zeichnet sich durch eine schnell wachsende Zahl an Technologieanbietern und Nutzern der zweiten Quantenrevolution aus. Hier entsteht ein Ökosystem, von dem die Wirtschaft klar profitieren kann.

Prof. Dr. Andreas Pinkwart
Minister für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie NRW

Das Land Nordrhein-Westfalen beherbergt eine Vielzahl and Forschungsinstituten und Unternehmen, die bereits heute die Möglichkeiten der Quanten- und Quanteninspirierten Möglichkeiten erkunden. Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei der Quantentechnologie um eine Querschnittstechnologie handelt, können viele der nordrhein-westfälischen Unternehmen direkt von der Verfügbarkeit der Technologie profitieren. So ermöglicht das Quantencomputing bereits heute nie dagewesene Möglichkeiten für Chemieunternehmen bei der Lösung von Optimierungsproblemen und große Energieunternehmen sehen in der Quantentechnologie ein Optimierungspotenzial von 10 bis 15 Prozent. Das Potenzial der Quantentechnologien wird auch im aktuellen Innovationsbericht des Landes unterstrichen. In diesem wird die Quantentechnologie als führende Kompetenz des Landes identifiziert mit einer überdurchschnittlichen Spezialisierung (>30%).

Damit die Unternehmen der NRW-Wirtschaft effektiv vernetzt und über den aktuellen Stand der Technologie informiert werden können, hat die Landesregierung 2015 eine eigene Koordinierungsstelle für Quantentechnologien (QT.NMWP.NRW) am Landescluster NanoMikroWerkstoffePhotonik (NMWP.NRW) ins Leben gerufen. Die Koordinierungsstelle berät seitdem Unternehmen bei der Suche nach passenden Projektpartnern, unterstützt diese bei der Projektarbeit und erleichtert den Unternehmen damit einen niederschwelligen Einstieg in das Zukunftsthema.

2. Nordrhein-Westfalens Forschungsexpertise ist führend im internationalen Vergleich!

NRW verfügt über eine einmalige Synergie starker außeruniversitärer und universitärer Kompetenzen in Quantentechnologien.

Prof. Dr. Tommaso Calarco
Expertenrat der Bundeskanzlerin
Leiter des Instituts für Quantenkontrolle (PGI-8), FZ Jülich

Nordrhein-Westfalen besitzt aufgrund seiner hohen Dichte an Universitäten und Forschungsinstituten traditionell eine starke Forschungsleistung, so auch im Bereich Quantentechnologien. „NRW verfügt über eine einmalige Synergie starker Kompetenzen in Quantentechnologien: hier kommen universitäre und außeruniversitäre Forschung sowohl geographisch als auch operativ zusammen.“ attestiert Prof. Dr. Tommaso Calarco. Diese einzigartigen Synergien zeigen sich, so Calarco, „z. B. im bundesweit einzigen Exzellenzcluster für Quantencomputing (ML4Q), und bieten eine herausragende Basis für das zukünftige Quanten-Ökosystem.“

Zahlreiche Universitäten im Land erforschen Quantenphänomene für Sicherheitstechnologie, Kommunikation, sowie Hochleistungsrechnen und verschieben damit regelmäßig die Grenzen des Machbaren. Eines der großen Kompetenzfelder des Landes im Bereich Quantentechnologien ist Quantencomputing. An den Forschungsstandorten in Paderborn, Köln, Bonn, Aachen, Siegen, Düsseldorf und Jülich beschäftigen sich weltweit führende Experten im Bereich Quantencomputing nicht nur mit der Erforschung innovativer Konzepte, sondern auch mit den wirtschaftlichen Chancen des Technologietransfers von Quantencomputing. Eine nordrhein-westfälische Erfolgsgeschichte ist das Unternehmen EleQtron GmbH, welches als Spin-off der Universität Siegen das erste in Deutschland gegründete Unternehmen darstellt, dass es sich zum Ziel gesetzt hat einen auf Ionenfallen basierten Quantencomputer zu vermarkten. Eine Auswahl an Forschungsinstituten in Nordrhein-Westfalen im Bereich Quantentechnologien haben wir hier für Sie zusammengestellt.

3. Nordrhein-Westfalen ist auf dem Weg in die Zukunft

Das Rheinische Revier steckt in einem tiefgreifenden Strukturwandel, aber die Quantentechnologie-Spitzenforschung im Revier birgt riesige Potenziale für Wertschöpfung und Beschäftigung.

Prof. Dr. Christiane Vaeßen
Geschäftsführerin RegionAachen Zweckverband
Vorsitzende des Revierknotens Innovation und Bildung

Nordrhein-Westfalen durchläuft derzeit mit der Abkehr von der Kohleverstromung einen der größten Strukturwandel seiner Geschichte. Dabei wird nicht weniger als eine komplette Neugestaltung des Rheinischen Reviers angestrebt, um den Menschen der Region auch in Zukunft Wohlstand und Lebensqualität zu bieten. Dabei nimmt die Region eine Vorreiterrolle ein und investiert frühzeitig in neue Schlüssel- und Querschnittstechnologien. In diesem Kontext ist die Einrichtung eines Centers for Quantum Science and Engineering im Rahmen des Sofortprogramm Plus auf den Weg gebracht worden.

Hierzu äußert sich Frau Prof. Dr. Christian Vaeßen: „Die Quantentechnologie gilt als Game Changer im globalen Technologie- und Wertschöpfungsgefüge – die Möglichkeiten für Medizin, Computertechnologie, Klima und vieles mehr scheinen unermesslich. Bis 2040 schätzt eine niederländische Studie die Wertschöpfung bereits auf 80 Mrd. Dollar. Die Frage ist deshalb nicht, ob die Quantentechnologie zur Anwendung kommt, sondern nur noch durch wen und wann. Das Rheinische Revier steckt in einem tiefgreifenden Strukturwandel, aber die Quantentechnologie-Spitzenforschung im Revier birgt riesige Potenziale für Wertschöpfung und Beschäftigung. Deshalb müssen Land und Revier gemeinsam die Chancen jetzt nutzen und Einrichtungen wie das Center of Quantum Science and Engineering (CQSE) schnell auf den Weg bringen.“

Als Impulsgeber für ein „Innovation Valley Rheinland“ bündeln Helmholtz und Fraunhofer ihre Kompetenzen im CQSE und befähigen Unternehmen vor Ort, bei der Entwicklung und Nutzung von Quantentechnologien (QT) – insbesondere Quantencomputing (QC) – eine führende Rolle einzunehmen. So schließt sich für einen effizienten Transfer der QT in die industrielle Wertschöpfung die aktuelle Lücke zwischen akademischer Forschung und Industrie.

Das nach dem Jülicher Physiker und Nobelpreisträger Peter Grünberg benannte PGI am Forschungszentrum Jülich im Kreis Düren und die Fraunhofer-Gesellschaft in Nordrhein-Westfalen mit ILT in Aachen arbeiten hierfür eng zusammen: Sie bündeln langjährige QT-Expertise mit dem Know-how anwendungsorientierter Systementwicklung im direkten Kontakt mit industriellen Akteuren im Rheinischen Revier. Gemeinsam wollen sie ein Zentrum zur Entwicklung von QC schaffen und ein regionales Innovationsökosystem hierfür aufbauen. Dabei ist geplant, renommierte Universitäten einzubeziehen und die Ausgründung von Start-ups voranzutreiben. Auch liegt ein Fokus darauf, Industrie zum Ansiedeln zu motivieren und sowohl neue als auch bestehende Unternehmen zu unterstützen und vom Querschnittscharakter der QT profitieren zu lassen.

4. Nordrhein-Westfalen nimmt Unternehmen mit in die Zukunft

Nordrhein-Westfalen bietet ideale Vernetzungsmöglichkeiten für Unternehmen. Hier entsteht ein Innovationsökosystem auf Augenhöhe und echter Technologietransfer.

Jan Leisse, CEO EleQtron GmbH

Auch wenn die Quantentechnologien noch nicht als Massenware verfügbar sind, so zeichnen sich dennoch bereits erste unternehmerische Aktivitäten in den Bereichen Quantencomputing und Quantenkommunikation ab. Die Koordinierungsstelle des Landes nimmt bei der Technologieförderung hier eine Schlüsselrolle in der Vernetzung der Start-Ups mit potenziellen Kunden, Forschungspartnern und Investoren ein. Weiterhin begleitet die Koordinierungsstelle die Unternehmen auf ihren ersten Schritten und berät auch als langjähriger Partner gerne bei neuen Problemen. Unternehmen

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