Der zweiten Generation
Seit mehr als 100 Jahren sind Quantenphänomene bekannt. Teilweise werden sie bereits genutzt und bilden oft die Basis für moderne Technik wie Mikrochips, Breitbandinternet oder Satellitennavigation. Hierauf basierende Innovationen werden auch als sogenannte „Quantentechnologien der ersten Generation“ bezeichnet. Effekte wie Verschränkung und Überlagerung (Superposition) werden erst heute technologisch spezifisch nutzbar und bieten als „Quantentechnologien der zweiten Generation“ das Potenzial für völlig neue technische Lösungen. Sie haben sich zu einem forschungs- und wirtschaftsstrategischen Schlüsselbereich entwickelt, der als Grundlage unter anderem für hochpräzise Quantensensoren, der sicheren Quantenkommunikation oder neuartige Quantencomputer enormes Wertschöpfungspotenzial für neue Anwendungen in der Wirtschaft und mittelständischen Unternehmen im Land bieten.
Herkömmliche Computer unterscheiden bei der Informationsverarbeitung nur zwei Zustände: 0 oder 1, auch bekannt als Binärcode. Abhängig von ihrer Bitanzahl stoßen sie trotz immer größer werdender Leistungsfähigkeit häufig an ihre Grenzen, denn analog zur Leistungsfähigkeit steigen auch die Leistungsanforderungen. Was wäre jedoch, wenn ein Computer neben diesen zwei Zuständen im Binärcode noch beliebig viele weitere Mischzustände unterscheiden könnte? Im Gegensatz zu den Bits eines herkömmlichen Computers, kann ein Quantenbit (Qubit) beliebig viele Überlagerungen aus 1 und 0 einnehmen. Zudem lassen sich solche Qubits quantenmechanisch miteinander koppeln bzw. „verschränken“ und können einen gemeinsamen Gesamtzustand einnehmen. Diese Eigenschaften machen Quantencomputer zu einem parallelen Analogrechner, der für spezielle Aufgabenstellungen besonders geeignet ist. Die Möglichkeiten und Leistungspotenziale, die die Nutzung von Quantencomputern birgt, sind enorm. Quantencomputer können in wenigen Augenblicken bislang praktisch unlösbare Problemstellungen lösen für die herkömmliche Computer sehr viel längere Zeit bräuchten. Der Plan, das große Potenzial von Quantencomputern nutzbar zu machen, rückt deshalb über die Wissenschaft hinaus zunehmend in den Fokus von Unternehmen.
Um bei diesem Paradigmenwechsel eine führende Rolle einzunehmen und ein internationaler Leuchtturm für Wissen und Technik in diesem Bereich zu werden, stellt die Bundesregierung innerhalb eines Konjunktur- und Zukunftspakets zur Förderung der Quantentechnologie weitere zwei Milliarden Euro für die Wirtschaft und Wissenschaft bereit, wobei die Akteure Hand in Hand gehen und Kompetenzen aus Industrie und Grundlagenforschung gebündelt werden sollen. Ziel ist es, bis 2025 die notwendigen Technologien für deutsche Quantencomputer zu entwickeln.
Das Land Baden-Württemberg möchte zukünftig als Technologiestandort und führende Innovationsregion Europas einen entscheidenden Beitrag zur Erfüllung dieses Ziels beitragen. Unter anderem fördert das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus im Rahmen des Kompetenzzentrums Quantencomputing Baden-Württemberg innovative Verbundforschungsprojekte zu verschiedenen Themenstellungen im Bereich der Quantenhard- und -softwareentwicklungfür das das Kompetenzzentrum Quantencomputing Baden-Württemberg innovative Verbundforschungsprojekte. Geforscht wird am und mit dem Quantencomputer »IBM Q System One«, der im baden-württembergischen Ehningen exklusiv für die Fraunhofer-Gesellschaft und ihre Partner installiert wurde. Universitäten, Hochschulen, Forschungsinstitute, Start-ups und Unternehmen verschiedener Größe bilden mit einem kooperativen Ansatz das Umfeld des Kompetenzzentrums in Baden-Württemberg.
Ein Quantencomputer unterscheidet sich von klassischen Computern darin, dass seine Rechenleistung mit zunehmender Anzahl an miteinander verschränkten Qubits nicht wie bislang linear ansteigt, sondern exponentiell. Dementsprechend wachsen auch die Nutzungs- und Leistungspotenziale, wenn es gelingt, die Verschränkungszustände in Quantencomputern für spezielle Aufgabenstellungen einzustellen, bei denen zahlreiche Bedingungen in einem komplexen wechselseitigen Zusammenspiel berechnet werden müssen. Die folgenden Anwendungsbeispiele geben hierzu einen Einblick:
Optimierung der Prozess- und Ressourcenplanung in der Industrie
Ein Beispiel für den zukünftigen Einsatz von Quantencomputern liegt in der Optimierung von komplexen Produktions- und Fertigungsprozessen sowie Logistiksystemen, die abhängig von einer Vielzahl von Randbedingungen in Echtzeit aktualisiert werden müssen. Dies umfasst beispielsweise von der Planung des optimalen Zusammenspiels von einzelnen Fertigungsprozessen oder auch ganzen Produktionsabschnitten bis hin zur Optimierung von variablen Fahrtrouten und -ladungen im Transport- und Industriesektor.
Schnellere und bessere Medikamentenentwicklung
Ein weiteres Beispiel findet sich in der Medikamentenentwicklung. Die Entwicklung von Medikamenten ist aufgrund ihrer Komplexität und Wirkstoffzusammenhänge mühsam und langwierig. Bis zu einer Medikamentenzulassung können mehrere Jahre vergehen. Wissenschaftler könnten mithilfe von Quantencomputern molekulare Zusammensetzungen auf der Grundlage von quantenchemischen Modellen berechnen und simulieren, um schneller effizientere Medikamente zur Verfügung zu stellen.
Neue Materialien durch effizientere Materialforschung
Pionierarbeit könnten Quantencomputer ebenfalls in der Chemie und Materialforschung leisten. Selbst binäre Supercomputer stoßen in der Materialforschung, wenn es um molekulare Strukturberechnungen und –simulationen geht, an ihre Grenzen. Durch ihre Fähigkeit, parallelisierte Rechenoperationen gleichzeitig durchzuführen, könnten Forscher mit Hilfe von Quantencomputern erheblich mehr Hypothesen zum Verhalten neuer Materialien unter bestimmten Bedingungen untersuchen, als ihnen bislang möglich war. Dies könnte beispielsweise in der Entwicklung von leistungsfähigeren Elektrodenmaterialien in Batterien oder Katalysatoren in Brennstoffzellen für die Elektromobilität helfen.
Autonomes Fahren und intelligente Verkehrssteuerung
Autonom fahrende Fahrzeuge in ein umfassendes Mobilitätskonzept einzubinden stellt eine enorme Herausforderung dar, nicht zuletzt wegen der enormen Datenmengen, die dabei anfallen werden. Wie lassen sich Verkehrsströme unter Berücksichtigung ihrer Umgebung so intelligent steuern, das die Verkehrsinfrastruktur optimal genutzt wird? Ein Quantencomputer könnte unter Berücksichtigung von Variablen, wie zum Beispiel Ampelschaltungen, Tempobegrenzungen oder Verkehrsaufkommen den Verkehr besser planen und steuern.
Um zukünftig auch im Bereich Quantencomputing Innovationsland Baden-Württemberg zu sein, strebt das Land mit seinen Unterstützungs- und Fördermaßnahmen aktive Weiterentwicklung der Technologie in der Wissenschaft und Wirtschaft an.
Die Koordinierungsstelle agiert als Dienstleister für das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg und treibt in dessen Auftrag und in enger Abstimmung mit den Partnern die Weiterentwicklung der Initiative Wirtschaft 4.0 voran. Sie übernimmt dabei organisatorische Aufgaben, steuert konzeptionelle sowie inhaltliche Inputs bei und ist außerdem im Bereich der Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit tätig.
Fördermöglichkeiten für Maßnahmen im Bereich Quantentechnologie.
Mit dem Programm sollen vor allem Start-ups in der Frühphase und innovative mittelständische Unternehmen unterstützt werden. Das Programmvolumen beträgt zunächst 75 Millionen Euro für die kommenden drei Jahre. Die Mittel stammen überwiegend von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW), einen Teil steuert das Land bei.
Ziel dieses Förderprogramms ist die Weiterentwicklung von Ideen aus bereits bestehenden EU-geförderten Projekten. Notwendig ist ein Vorprojekt aus den Förderprogrammen „EIC Pathfinder“, „FET“ oder „ERC Proof of Concept“, in dem die Realisierbarkeit einer bahnbrechenden Technologie im Labor nachgewiesen wurde (Technologiereifegrad 3). Von diesem ausgehend soll die Marktreife erhöht und ein Demonstrator in relevanten Einsatzumgebungen entwickelt werden. Anträge können allein oder in Konsortien aus 2 bis 5 Mitgliedern gestellt werden.
Es gibt themenoffene Aufrufe (Transition Open) und auf bestimmte Herausforderungen fokussierte Aufrufe (Transition Challenges). Hilfe und Hinweise finden Sie in den FAQ der Webseite www.innocheck-bw.de des Unterstützungsprojekts für Start-ups und KMU beim Steinbeis Europa Zentrum, gefördert durch das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg. Weiterführende Informationen entnehmen Sie bitte ebenfalls der Webseite des Unterstützungsprojekts.
Calls u.a. www.steinbeis-europa.de/de/leistungen/eu-foerderung
Die Förderrichtlinie „Digitalisierung der Fahrzeughersteller und Zulieferindustrie“ dient der Förderung der umfassen-den Erforschung und Entwicklung (FuE) innovativer, datenorientierter Produktionsverfahren und der Implementierung von Industrie 4.0 in den Wertschöpfungssystemen der Fahrzeughersteller und Zulieferindustrie. Sie unterstützt das in der Nationalen Industriestrategie 2030 formulierte Ziel zur Stärkung neuer Technologien als entscheidenden Treiber des Strukturwandels. Auch die in der Hightech-Strategie 2025 der Bundesregierung verankerte Zielsetzung zur Stär-kung des Ideen-, Wissens- und Technologietransfers wird direkt angesprochen. Sie ist zudem in den vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Juni 2020 gestarteten „Transformationsdialog Automobilwirtschaft“ und in der vom BMWi und Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) getragenen „Plattform Industrie 4.0“ eingebunden.
Der EIC Accelerator ist themenoffen. Es gibt jedoch auch jährlich wechselnde thematische Ausschreibungen zu gesellschaftlichen Herausforderungen. Der EIC Accelerator bietet eine umfangreiche Finanzierung in Fällen, die für private Investoren und Banken zu risikoreich sind, um alleine zu investieren. Das Programm ist sehr selektiv. Nur die besten Anträge haben eine Chance auf Förderung.
Start-ups und KMU aus Baden-Württemberg erhalten Informationen und Unterstützung für Anträge. Weitere Hinweise finden der Webseite www.innocheck-bw.de des Unterstützungsprojekts für Start-ups und KMU beim Steinbeis Europa Zentrum, gefördert durch das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg. Weiterführende Informationen entnehmen Sie bitte ebenfalls der Webseite des Unterstützungsprojekts.
The European Innovation Council (EIC) is a funding programme under Horizon Europe that supports start-ups and SMEs that:
• have an innovative, disruptive product, service or business model that could create new markets or disrupt existing markets in Europe and even globally;
• have the ambition and commitment to expand,
• are looking for substantial financing, but the risks involved are too high for private investors to invest on their own.
Non-dilutive, up to €2.5 million, only for innovation activities, to be closed within 24 months, also investment up to 15 Mio. Euro.
Innovations that build on scientific discoveries or technological breakthroughs (Deep Tech)
innocheck-bw: Beratung zu EU-Förderprogrammen Pathfinder, Accelerator www.innocheck-bw.de
Steinbeis Europa Zentrum
Innovationsförderung | Steinbeis Europa Zentrum - Steinbeis DE (steinbeis-europa.de)
Calls u.a. www.steinbeis-europa.de/de/leistungen/eu-foerderung
Privat Investierende, die Geschäftsanteile an diesen jungen innovativen Unternehmen erwerben, werden gefördert. Der privat Investierende erhält 25 Prozent des Ausgabepreises seiner Anteile als Erwerbszuschuss zurückerstattet.
