Quantentechnologien - für Österreich Perspektiven und Möglichkeiten - FFG

Quantentechnologien
 Perspektiven und Möglichkeiten

   für Österreich

Das Quanten-Manifest

Das Quantum Manifest wurde formuliert …

… wir wollen mit

   Überlagerung und Verschränkung                !
          kommerzielle Anwendungen realisieren

Die vier Säulen (im flagship-Programm)

Das Quanten-Manifest und seine vier Säulen …

Quantenphysik in Österreich

Quantenphysikalische Forschung in Österreich
hat eine lange Tradition
(Teleportation, Quantencomputer, etc.)

Grundlagenforschung:
Uni Innsbruck (Forschungszentrum Quantenphysik)
Uni/TU Wien, VCQ
(Vienna Center for Quantum Science and Technology)
Uni Linz, Uni/TU Graz etc.

Austrian Institute of Technology (AIT)

SFB FoQuS (Innsbruck/Wien)
Doktoratskolleg CoQus (Wien)
Doktoratskolleg ALM (Innsbruck)

Quantenphysik in Österreich

ÖAW: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation

IQOQIs Innsbruck und Wien

Institut for Science and Technology Austria (IST Austria)

Relevante Unternehmen (meist „enabling technology“):
z.B.:
Infineon        -> Chip-Technologie
Roithner        -> Laser
HighQ (Spectra Physics Rankweil) -> Laser
Chrystalline    -> dünne Schichten
…
… und mehr …

Quantenphysik in Österreich: Quanten-Kommunikation

Hedy-Lamarr-Teleskop                Quantenkommunikation via Satellit
IQOQI Wien                          IQOQI Wien

Qubit-Photon-Quantenschnittstelle                        Quantenpunkte
                   Uni Innsbruck                         Uni Linz

                                     Quantennetzwerke
                                     Uni Innsbruck, IQOQI Innsbruck

Quantenphysik in Österreich: Quanten-Simulation
Analoge Quantensimulationen mit gespeicherten Ionen
                                              (IBK 2011-2016)
                                              Nicht-Gleichgewichts-Viel-
                                              teilchen-Dynamik mit einem
                                              analogen Quantensimulator

Universelle Quantensimulationen (Ionen): einige hundert Gatteroperationen
                                            (IBK 2011-2016)

                                            Digitale Quantensimulationen mit
                                            einem kleinen Quantencomputer

 Quantum simulation of lattice gauge theories and quantum chemistry (ions)
                                              (IBK 2011-2016)
                                              Angehen harter Probleme
                                              mit einem Quantenrechner

Quantenphysik in Österreich: Quanten-Simulation

                               Quantensimulationen von
                               Spin-Systemen (Photonen)

                               Univ. Wien

                               Walther-Gruppe
                               Zeilinger-Gruppe

                               Photonische Quanten-
                               simulatoren
                               (Chemie-Simulationen)

                               Univ. Wien
                               Walther-Gruppe

Quantenphysik in Österreich: Quanten-Sensoren

Quantenlogik-Spektroskopie für die Quantenmetrologie (Zeit, Frequenz)

C. Roos et al., IQOQI Innsbruck

…

Quanten-Optomechanik

M. Aspelmeyer, Univ. Wien

O. Romero-Isart, IQOQI Innsbruck
T. Northup, Univ. Innsbruck

…

Quantenphysik in Österreich: Quantencomputer
Größtes verschränktes Quantenregister realisiert: 14 - 20 verschränkte Ionen
                                              (IBK 2011-2016)
                                              für einen universellen
                                              Quantencomputer

Skalierbarer Shor-Algorithmus demonstriert: Zahlen faktorisieren
                                              (IBK 2011-2016)

                                               skalierbarer Weg zum
                                               Zahlenrechnen mit Quanten

Photonischer Quantencomputer (Walther-Gruppe, Zeilinger-Gruppe)
                                              (VIE 2011-2016)

                                             Demonstration des
                                             „blind quantum computing“

Quantenphysik in Österreich: Ein nationales Flagship
Österreich ist im Bereich der Quantenphysik und für die Thematik des
europäischen Flagship-Programms gut positioniert

Theoretische Konzepte und experimentelle Demonstratoren verfügbar

Nationales Flagship-Programm braucht:

   Konsortien zur Umsetzung der Quantenphysik in Quantentechnologie
        (Zusammenarbeit mit Industrie und Wirtschaft)

   Akademische Unterstützung mit entsprechender Infrastruktur
       (begleitend zu den europäischen Flagship-Konsortien)

   Flexible Rahmenbedingungen für junge Startup-Unternehmen
         (Unterstützung für Ausgründungen)

   Interesse von großen Industriepartnern in Österreich

Nationale Flagship-Förderung in Österreich
Ausgehend vom europäischen Flagship-Programm

    Formulierung von nationalen Zielen
        was soll erreicht werden ?         -> Quantentechnologie-Transfer
        wie sollen Ziele erreicht werden ? -> Formierung von Konsortien
        wo soll was gemacht werden ?       -> Verteilung der Aufgaben

    Wünschenswert wäre eine koordinierte Förderung
        Koordination/Einbindung der öst. Forschung in europäische Agenden
        Direkte Förderung oder Förderung durch Leistungsvereinbarungen?

    Offene österreichweite Diskussion, Entscheidungsgremien ?
         Industriebeteiligung       -> Ministerium, FFG ?
         Universitäten              -> Ministerium ?

    Zeitrahmen rechtzeitig definieren, an EU anlehnen oder vorher beginnen?
          EU: Anträge – 2018, Geld: 2019     Österreich: 2017 – 2018 ?

Weitere Flagship-Aktivitäten

                                             Personal:
Laser-Lichtquellen, Mikrowellentechnologie
Chip-Technologie                             Ingenieure und Techniker,
Dünnschicht-Technologie                      mit Quantenkenntnissen
Komponenten (Vakuum, Optik, Elektronik)
Software, Computer-Hardware                  „Quantum Engineering“

Perspektive: Eine neue Ära der Technologie
Entwicklung eines Allzweck-Quantenprozessors auf der Basis
quantenmechanischer Gesetze
        Quantencomputer und Quantensimulation
        Quantenmetrologie und Quantensensoren
        Quantennetzwerke (z. B. Quanten-Repeater)

Innerhalb 5 Jahren: Quantensimulatoren die Probleme
                    jenseits klassischer Rechner angehen

Herausforderungen:
Realisierung von Quantensystemen ausserhalb des Laborbereichs
Implementierung von voll-automatisierten Quanteneinheiten
Quantenalgorithmen für klassische Anwendungen
Implementierung von Quanten-Fehlerkorrektur

Wechselspiel zwischen Universität und Industrie
            … oder Schließen der Lücke zwischen
akademischer Forschung und breiter industrieller Anwendungen

 Grundlagenforschung                 Entwicklung von Anwendungen
Basis-Demonstratoren                 Routine, industrielle Nutzung
kleinteilige Prototypen              Produktion mit Industrie-knowhow
  Visionen und Träume                Neue Konzepte, innov. Umsetzung

Wechselspiel zwischen Universität und Industrie
            … oder Schließen der Lücke zwischen
akademischer Forschung und breiter industrieller Anwendungen

                     Quanten-
                   technologien

 Grundlagenforschung                 Entwicklung von Anwendungen
Basis-Demonstratoren                 Routine, industrielle Nutzung
kleinteilige Prototypen              Produktion mit Industrie-knowhow
  Visionen und Träume                Neue Konzepte, innov. Umsetzung

Quantentechnologien
im Flagship-Programm

Quantentechnologien in Europa

  … eine Chance für Österreich !