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02.11.2022

13:43

Spitzentechnologie

Mit der „Ionenfalle“ zum Quantencomputer: Start-up Eleqtron will Big Tech Konkurrenz machen

Von: Christof Kerkmann, Larissa Holzki

Ein Siegener Start-up soll für das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum binnen vier Jahren einen Quantencomputer bauen. Ein großer Investor wettet dabei auch gegen Google.

Das Start-up aus Siegen baut einen Computer mit einer sogenannten Ionenfalle. Eleqtron

System von Eleqtron

Das Start-up aus Siegen baut einen Computer mit einer sogenannten Ionenfalle.

Düsseldorf Es ist vielleicht der spannendste Technologie-Zweikampf des Jahrzehnts: Supraleiter gegen Ionenfalle, Technologieriesen gegen Spin-offs aus den Universitäten, „Wahnsinnsmitteilungen“ gegen „konservative Kommunikation“: So jedenfalls sieht es Jan Henrik Leisse, Mitgründer und Chef des deutschen Quantencomputer-Start-ups Eleqtron.

Noch kennt seine Firma fast niemand – das könnte sich aber schon bald ändern. Eleqtron zählt zu fünf Unternehmen, die im Auftrag des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) neuartige Quantencomputer auf Basis sogenannter Ionenfallen bauen sollen. Damit könnte es einer Grundlagentechnologie zum Durchbruch verhelfen, die schon seit Jahrzehnten hohe Erwartungen in der Industrie weckt.

Quantencomputer sollen Rechenaufgaben lösen, an denen heutige Superrechner scheitern: neue Medikamente finden, kryptografische Schlüssel brechen und logistische Probleme lösen. Die IT-Riesen Google und IBM erwecken zwar gern den Eindruck, dass sie die sogenannte Quantenvorherrschaft unter sich ausmachen werden. Doch viele Wissenschaftler stellen das infrage und setzen auf völlig andere Ansätze.

DLR investiert 208,5 Millionen Euro in Quantenforschung

Für viele Experten der Favorit unter den Alternativen: die Ionenfalle. Forschungsinstitute und Investoren halten es deshalb für möglich, dass es Ausgründungen führender deutscher Wissenschaftseinrichtungen gelingen könnte, die Quantenüberlegenheit vor Google und IBM zu erlangen.

Doch bis die Quantencomputer egal welcher Bauart ihr Versprechen erfüllen, muss noch viel weiter geforscht werden. Umso bedeutender ist das Projekt des DLR. Aus Sicht von Jan Henrik Leisse hat die konkurrierende Supraleiter-Technologie zuletzt kaum beachtliche Fortschritte gemacht.

Christof Wunderlich, Jan Henrik Leisse und Michael Johanning (von links) haben sich eine Förderung für ihre Arbeit gesichert. Eleqtron

Eleqtron-Gründer

Christof Wunderlich, Jan Henrik Leisse und Michael Johanning (von links) haben sich eine Förderung für ihre Arbeit gesichert.

Anders die Ionenfalle: „Ich glaube, Ionenfallen sind auf dem Vormarsch. Was fehlt, sind die Gelder: Die Milliarden-Volumina wie im Bereich Supraleiter gab es hier bis jetzt nicht“, sagt er. Jetzt aber investiert das DLR immerhin insgesamt 208,5 Millionen Euro. Die ausgewählten Unternehmen sollen damit binnen vier Jahren prototypische Quantencomputer auf Basis von Ionenfallen bauen.

DLR-Vorstandschefin Anke Kaysser-Pyzalla sagt: „Damit gehen wir einen weiteren Schritt in Richtung eines programmierbaren, fehlertoleranten Quantencomputers.“

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Die Zuteilung ist ein großer Erfolg für Eleqtron. Die Firma wurde 2020 aus der Universität Siegen ausgegründet und basiert auf der 25-jährigen Forschung des Quantenoptik-Professors Christof Wunderlich. Das Start-up hat sich in einem Konsortium mit dem niederländischen Chiphersteller NXP und dem österreichischen Technologieanbieter Parity Quantum Computing bei zwei Teilausschreibungen durchgesetzt. 82 Millionen Euro erhalten die Partner nun.

Im Kern aller Quantencomputing-Ansätze steht die Erkenntnis, dass Elementarteilchen mehr als nur einen Zustand einnehmen können. Der Physiker Erwin Schrödinger hat dazu sein berühmtes Gedankenexperiment mit einer Katze entworfen, die zugleich tot und lebendig ist.

Ähnlich können die kleinsten Informationseinheiten von Quantencomputern, Qubits genannt, nicht nur null oder eins darstellen wie die Bits bei herkömmlichen Computern, sondern auch einen beliebigen Wert dazwischen.

Was für die Ionenfalle spricht und warum sie bisher weniger bekannt ist

Die Frage, wie sich dieser Zustand kontrollieren lässt, beantworten die Ansätze unterschiedlich. Bei den sogenannten Supraleitern, an denen etwa IBM, Google und das deutsch-finnische Start-up IQM arbeiten, finden die Rechenoperationen auf Chips statt, die auf Temperaturen nahe des absoluten Nullpunkts von minus 273 Grad gekühlt werden müssen.

Das Konsortium um Eleqtron nutzt dagegen eine „Falle“ für elektrisch geladene Atome. Mithilfe elektromagnetischer Felder werden diese sogenannten Ionen kontrolliert. Der „Riesenvorteil“ gegenüber den Supraleitern laut Leisse: „Jedes Atom ist gleich. Sobald man hingegen Chips produziert und versucht, quantenmechanische Prozesse darauf abzubilden, hat man menschengemachte Fehler.“

Bei diesem System werden die Elementarteilchen mit elektromagnetischen Feldern kontrolliert. Eleqtron

Nahaufnahme der Ionenfalle

Bei diesem System werden die Elementarteilchen mit elektromagnetischen Feldern kontrolliert.

Besonders am Ansatz der Siegener zudem: Eleqtron aktiviert die Atome nicht per Laser, sondern mit Mikrowellen – und will damit vermeiden, dass mehr Atome angesprochen werden als beabsichtigt: „Stellen Sie sich vor, Sie müssten mit einer Taschenlampe ein Atom anstrahlen“, sagt Leisse. Dabei würde das Licht immer auf umliegende Atome streuen. „Mit Mikrowellen hat man keine Streuung.“

Nicht nur das DLR setzt auf diesen teils mit Patenten gesicherten Ansatz. Das dreiköpfige Gründerteam, dem neben Leisse und Wunderlich der Wissenschaftler Michael Johanning angehört, hat bereits vor dem DLR-Auftrag mehr als 30 Millionen Euro Fördergelder und Investorenkapital eingesammelt.

Mit sechs Millionen Euro ist der renommierte Wagniskapitalgeber Earlybird beteiligt – und wettet damit auch ein bisschen gegen Big Tech: „IBM, Google und Co. haben schon sehr früh auf Supraleiter-Quantencomputer gesetzt, gleichzeitig hat sich seit der Jahrtausendwende in der Forschung sehr viel getan“, sagt Partner Frédéric du Bois-Reymond. Dadurch sei es sinnvoll, sich hier jüngere Unternehmen anzuschauen.

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Bei Eleqtron habe ihn insbesondere die Arbeit mit Mikrowellen überzeugt, sagt der Investor, der sich mit dem Uni-X-Fonds von Earlybird auf Ausgründungen aus Universitäten und Forschungsinstituten fokussiert hat.

In der europäischen Quantencomputer-Szene wird die Ausschreibung mit großem Interesse verfolgt. Quantencomputer mit Ionenfallen seien eine „sehr spannende Technologie“, sagt Claudia Linnhoff-Popien, die sich als Professorin an der Ludwig-Maximilians-Universität München unter anderem mit dem Thema befasst. Die Überlegungen seien bislang aber vor allem auf dem Papier erfolgt – sie hoffe, dass der Ansatz mit dem „sehr hohen Forschungsbudget“ wirtschaftlich nutzbar gemacht werden kann.

Jan Henrik Leisse wiederum ist vorsichtig. „Insbesondere die Amerikaner haben ein Kopf-an-Kopf-Rennen mit Wahnsinnsmitteilungen vorgelegt“, sagt der Eleqtron-Mitgründer – für die Wissenschaftswelt sei das unglaubwürdig. „Ich glaube, dahinter hängen ganz viele Ansprüche von Investoren an der Börse. Irgendwie muss es weitergehen, und man greift immer mehr nach den Sternen.“

Seine Devise: „konservativ kommunizieren“. Bis zu einem für den Endnutzer wirklich nutzbaren Ergebnis werde es „schon noch dauern“, sagt er. Trotzdem appelliert er an Unternehmen aus den Bereichen Medizin, Chemie und Logistik, sich auf das Quanten-Zeitalter vorzubereiten. Sonst drohten große Wettbewerbsprobleme, sobald Quantencomputing nutzbar wird.

Und dann wagt er doch eine Prognose, die große Erwartungen schüren könnte: „Wir rechnen damit, dass mit 54 Qubits auf einem Ionenfallen-basierten Quantencomputer der Vorteil gegenüber allen Supercomputern da ist.“

Ein Blick in die Mitteilung des DLR zeigt: Schon nach der vierjährigen DLR-Projektlaufzeit sollen Ionenfallen-Quantencomputer mit mindestens 50 Qubits bereitstehen. Zumindest im Nebensatz stellt DLR-Quantencomputing-Leiter Robert Axmann in Aussicht, dass diese „erweiterbar Richtung Tausender-Qubits sind.“

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