Bericht über die Pilotphase der Quantentechnologie-Leitinitiative

In diesem Bericht werden die erfolgreichen Ergebnisse und konkreten Ergebnisse der Quantenforschungsprojekte der Leitinitiative untersucht und eine Bestandsaufnahme der wichtigsten Erkenntnisse vorgenommen, die im Zuge der nächsten Phase der Leitinitiative gewonnen werden.

Während der Anlaufphase (2018-2022) wurden im Rahmen der Leitinitiative 24 Projekte in den Bereichen Quantenkommunikation, Quantenberechnung, Quantensimulation, Quantenerkennung und -metrologie (die vier Hauptbereiche der Quantenforschung) sowie in der Quantengrundwissenschaft unterstützt. Zur Finanzierung der Leitinitiative und QuantERA, die die Quantenforschung in 31 europäischen Ländern unterstützt, hat die EU die europäische Quantenforschung seit 2016 mit über 175 Mio. EUR finanziert.

All diese Erfolge (und viele weitere usw.)sind das Ergebnis der gemeinsamen Anstrengungen der 1654 Wissenschaftler und 236 Organisationen, die an der Leitinitiative teilgenommen haben und 1313 wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht haben (weitere 223 werden derzeit geprüft). Dies zeigt deutlich, dass sich die Leitinitiativen gemeinsam in der Wissenschaft herausgebildet haben.

In der Anlaufphase wurden auch bedeutende Schritte in Richtung des Hauptziels der Leitinitiative unternommen, die Quantenforschung vom Labor zu kommerziellen Anwendungen zu machen. 25 Start-up-Unternehmen wurden gegründet und 105 Patente eingereicht, von denen 64 bereits erteilt wurden.

In den Schwerpunktbereichen der Leitinitiative, die in dem Bericht behandelt werden, wurden folgende wichtige Erfolge erzielt:

• Quanteninformatik: Quantencomputersysteme von weltweit wettbewerbsfähiger Leistung: Das Forschungszentrum Jülich (Deutschland) will auf den Ergebnissen eines Projekts den Zugang zu einem 100-Qubit-Qubit-Quantencomputergebäude ermöglichen, und bei einem anderen Projekt wurde ein erstklassiges 50-Qubit-Ionensystem eingeführt, das nicht mehr Energie als das Kochen eines Kessels erfordert. zu den Start-up-Unternehmen gehören aQt ( Österreich) und Pasqal (Frankreich), die beide bereits kommerzielle Quanteninformatik-Lösungen anbieten.

• Quantenkommunikation: Verbindung von zwei Quantenprozessoren über einen Zwischenknoten und Schaffung einer gemeinsamen Verwandlung zwischen mehreren eigenständigen Quantenprozessoren, die ein Quantennetz bilden; Veröffentlichung eines Fahrplans für die EuroQCI, Einführung von Prüfständen für die Quantenschlüsselverteilung (QKD), der erste Dienst, der von der EuroQCI bereitgestellt wird; und zertifizierte Geräte wie Quanten-Zufallszahlgeneratoren.
• Quantensimulation: in einer Welt wurden bei bestimmten wissenschaftlichen Problemen, bei denen neue Materialien und Phasen untersucht werden, ein praktischer Quantenvorsprung erzielt; in den Hochleistungsrechen- und Rechenzentren des Forschungszentrums Jülich und des GENCI (Frankreich) werdenzwei analoge Quantensimulatoren mit 100-Qubit installiert. Dies ist der erste Schritt zum Aufbau einer europaweiten Hybrid-Hochleistungsrechen- und Quantensimulationsinfrastruktur.
• Quantenerkennung: Entwicklung einiger der fortschrittlichsten Quantensensoren der Welt mit ultrareinen Diamanten; Nachweis hyperpolarisierter MRT, was zu bis zu 100,000-mal genaueren medizinischen Scans führen könnte, wodurch Stoffwechselprozesse auf Molekularebene in Echtzeit nachgewiesen werden können; im November 2022 wurde der Start-up-Nvision mit dem Innovationsradarpreis der Kommission für seine Fortschritte bei der medizinischen Bildgebung ausgezeichnet.
• grundlegende Quantenwissenschaft: erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung mehrerer alternativer Rechenplattformen, einschließlich fotonikgestützter Quanteninformatik.

Mit Blick auf die Zukunft wird die Leitinitiative von entscheidender Bedeutung sein, um die in der Mitteilung der Kommission „Digitaler Kompass 2030: der europäische Weg in die digitale Dekade“: bis 2025 sollte die EU ihren ersten Computer mit Quantenbeschleunigung haben, um bis 2030 an der Spitze der Quantenkapazitäten zu stehen. Das erste dieser Ziele ist bereits in Sicht: im Oktober 2022 wurden die sechs Standorte angekündigt, an denen Europas erste Quantencomputer in die Supercomputer des Gemeinsamen Unternehmens für europäisches Hochleistungsrechnen integriert werden sollen.

 Weitere Schritte

Im Rahmen von Horizont Europa wird die Kommission die Leitinitiative im Zeitraum 2021-2027 weiterhin mit Mitteln in Höhe von mindestens 500 Mio. EUR unterstützen. Eine Aktualisierung der strategischen Forschungs- und Industrieagenda (SRIA) wurde bereits veröffentlicht, wobei für jede der vier Hauptsäulen der Initiative ehrgeizigere Ziele und ein Fahrplan für ihre Verwirklichung vorgesehen sind. Es gibt bereits eine Reihe neuer Projekte, mit denen auf diese Ziele hingearbeitet werden soll, z. B. die Entwicklung der Quanteninformatik- und Simulationsplattformen, die in den ersten drei Jahren der Tätigkeit der Leitinitiative entwickelt wurden, da sie darauf abzielen, einen praktischen Quantenvorteil für reale Probleme zu erzielen. Mit den Projekten werden auch die Grundlagen für ein europaweites Quantenkommunikationsnetz gelegt, das für die Entwicklung der EuroQCI, einer sicheren Quantenkommunikationsinfrastruktur, die sich auf die gesamte EU erstreckt, von entscheidender Bedeutung sein wird.

Die aktualisierte SRIA enthält auch einen Schwerpunkt auf die künftige industrielle Entwicklung und die Stärkung der Verbindungen zu anderen EU-Initiativen, die sich mit Quantentechnologien befassen: das heißt das EuroQCI, das Gemeinsame Unternehmen für europäisches Hochleistungsrechnen (GU EuroHPC), das bereits seine ersten Quantencomputer erwirbt, und das europäische Chip-Gesetz. Dadurch wird sichergestellt, dass die innovativen Anwendungen, die auf der Grundlage der Forschungsarbeiten der Leitinitiative entwickelt wurden, die Grundlage für ein europäisches Quantenökosystem bilden und Europa dabei helfen, seine Führungsposition in diesem weltweit wettbewerbsfähigen Bereich zu behaupten. 

Hintergrund – Quantentechnologien

Bei der EU-finanzierten Quantentechnologie-Leitinitiative handelt es sich um eine 10-jährige, mit 1 Mrd. EUR ausgestattete gemeinsame, langfristige Forschungs- und Innovationsinitiative, die 2018 ins Leben gerufen wurde. Ihr Auftrag besteht darin, die europäische wissenschaftliche Führungsrolle und Forschungsexzellenz im Bereich der Quantentechnologien zu festigen, die Früchte dieser Exzellenz in Produkte und Anwendungen zu verwandeln, die erhebliche wirtschaftliche und gesellschaftliche Auswirkungen haben werden, und Europa durch Angleichung der Prioritäten der öffentlichen Finanzierung auf EU-, nationaler und regionaler Ebene als Vorreiter in der Industrie zu positionieren. Die Leitinitiative mobilisiert die gesamte Quantenforschungsgemeinschaft in Europa zur Umsetzung ihrer strategischen Forschungsagenda.