Institut für Quantencomputing

Das IKON Institut für Quantencomputing hat das Ziel, Quantentechnologien für Präzisionsinstrumente in Luft- und Raumfahrt zu entwickeln und in engem Zusammenwirken mit der Industrie zur Prototypenreife zu bringen. Es ist somit interdisziplinär ausgerichtet: Theoretische Grundlagenforschung und experimentelle Tests münden in ingenieurtechnische Implementierung.  

Neue Entwicklungen auf der Grundlage innovativer quantentechnologischer Verfahren werden zur Lösung gesellschaftlicher und technologischer Herausforderungen maßgeblich beitragen. So könnten etwa neuartige Systeme von Quantensensoren – zum Beispiel hochpräzise Trägheitssensoren – für Weltraum- und terrestrische Anwendungen zum Einsatz kommen, die das gesamte Spektrum der Neuentwicklungen in der Quantenphysik und Quantenoptik nutzen. Auf dieser Basis könnten bahnbrechende geodätische Anwendungen und fortschrittliche Referenzsysteme in Raum und Zeit entstehen.

Quantencomputing macht sich den Effekt der Überlagerung bzw. Interferenz von Materiewellen zu Nutze: Unter bestimmten Voraussetzungen breiten sich Teilchen – Elektronen, Atome oder Nanoteilchen – als Wellen aus. Diese Materiewellen können ähnlich wie Licht- oder Wasserwellen überlagert werden. Bereits geringste Einflüsse können zu merklichen Änderungen im Interferenzmuster der überlagerten Materiewellen führen, was mit hochempfindlichen Messungen erfasst werden kann. Im Gegensatz zu den masselosen Lichtteilchen, den Photonen, fällt Materie im Gravitationsfeld der Erde, was etwa für Tests von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie genutzt wird.

Ein weiterer Effekt, der Quantentechnologien zugrunde gelegt wird, ist die Verschränkung zwischen zwei Teilchen. Manipuliert man eines der beiden Teilchen, so ändert sich der Zustand des Partnerteilchens selbst bei größten räumlichen Entfernungen. Angewendet auf klassische Kommunikationsformen lässt sich hierdurch eine extrem sichere Informationsübertragung erreichen. Denn jeder Lauschangriff verändert das Ergebnis der Messung und wird dadurch aufgedeckt. Die Anwendung dieser Quantentechnologie auf Satelliten wird die Sicherheit der weltweiten Informationsübermittlung wesentlich erhöhen.

Die Forschungsarbeit der vier Hauptabteilungen Quantenmetrologie, Quanteninformation und -kommunikation, Quantennanophysik und Quantensteuerung von geladenen Materiewellen wird von den drei Querschnittsabteilungen Quanten Engineering, Integration von Mikro- und Nanosystemen und Theoretische Quantenphysik ergänzt.

Im Rahmen der geplanten Abteilung „Optische Frequenzmessung“ ist eine starke Zusammenarbeit mit der NIST in den USA (National Institute of Standards) vorgesehen. Eine der Abteilungen (Relativistische Modellierung) wird zudem in Zürich angesiedelt sein.