Wie technologischer Fortschritt Wirtschaft und Gesellschaft prägen.

Der Begriff "Quantentechnologie" hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Dies ist unter anderem auf die Entscheidung der UNESCO zurückzuführen, das Jahr 2025 zum "Internationalen Jahr der Quantenwissenschaft und Quantentechnologien" zu erklären. Dennoch herrscht bei vielen Unsicherheit darüber, was sich genau dahinter verbirgt. Was begeistert Sie an Quantentechnologie?

Dr. Irene Sánchez Arribas: Mich fasziniert, dass die Quantenmechanik – also jene Naturgesetze, die in erster Linie die mikroskopische Welt beschreiben und dabei oft unserer Intuition widersprechen – heute ganz konkret zur Entwicklung von Technologien genutzt wird, die unsere Zukunft prägen werden. Nehmen wir etwa einen Quantencomputer mit neutralen Atomen: Die Vorstellung, Tausende oder sogar Millionen von Atomen – den grundlegenden Bausteinen unserer Welt – gezielt zu kontrollieren, in Gittern anzuordnen und so zu manipulieren, dass sie Informationen speichern und Algorithmen etwa zur Entdeckung neuer Medikamente ausführen, ist schlicht überwältigend. Was dabei häufig unterschätzt wird, ist die enorme technologische Komplexität, die hinter solchen Systemen steckt. Quantencomputing ist längst nicht mehr nur ein wissenschaftliches Experiment, sondern eine hochgradig anspruchsvolle ingenieurtechnische Aufgabe.

Bleiben wir für einen Moment bei dieser Begeisterung. Warum ist aus Ihrer Sicht gerade jetzt der richtige Zeitpunkt, sich mit dem Thema Quantentechnologie zu beschäftigen?

Christian Dille: Jetzt – wenn nicht sogar schon früher – ist genau der richtige Zeitpunkt. Quantentechnologien sind nämlich längst Teil unseres Alltags, und zugleich steht die nächste große Entwicklungswelle unmittelbar bevor. Laser, MRT-Scanner oder auch die hochpräzise Zeitmessung im GPS, die Navigation und Finanzsysteme ermöglicht, beruhen alle auf quantenphysikalischen Prinzipien und zählen zur ersten Generation der Quantentechnologien. In den vergangenen Jahren – und verstärkt auch in den kommenden – erleben wir nun den Übergang zur zweiten Generation. Diese basiert auf der gezielten Kontrolle und Manipulation einzelner Quantenzustände. Dazu gehören etwa quantensichere Verschlüsselungstechnologien, die künftig in gängige Internetanwendungen integriert werden sollen, praktische Quantensensoren für Navigation, Medizin und Industrie, die den Sprung vom Labor in den Alltag schaffen, sowie fehlertolerante Quantencomputer, die möglicherweise bereits im nächsten Jahrzehnt marktreif werden. Der Aufbau von Kompetenzen, Fachwissen und Partnerschaften braucht Zeit. Deshalb ist es sinnvoll, sich frühzeitig damit zu befassen – unabhängig davon, ob man Quantentechnologien entwickelt oder später nutzt. Auch bei Rohde & Schwarz ist klar: Unsere klassischen Kunden werden sich früher oder später mit Quantentechnologie beschäftigen. Durch frühe Investitionen stellen wir sicher, dass wir dann über das nötige Know-how verfügen, um sie bestmöglich zu unterstützen.

Angesichts dieser aktuellen Dynamik stellt sich die Frage, warum grade jetzt so viel Aufmerksamkeit auf Quantentechnologie gerichtet ist. Erleben wir hier nur einen kurzfristigen Hype oder ist das tatsächlich ein Wendepunkt?

Dr. Irene Sánchez Arribas: Quantentechnologie ist ein breites Feld, das Bereiche wie Quantensensorik, Quantenkommunikation und Quantencomputing umfasst. Die derzeitige Aufmerksamkeit wird vor allem durch das Quantencomputing getrieben. In den letzten fünf bis sieben Jahren hat sich hier Entscheidendes verändert: Das Thema ist aus dem rein akademischen Umfeld herausgewachsen und in der Industrie angekommen. Heute gibt es zahlreiche Unternehmen mit klarer Finanzierung und einem konkreten Ziel – nämlich Quantencomputer zu bauen, die bei relevanten Problemstellungen einen nachweisbaren, reproduzierbaren Vorteil bieten. Diese Unternehmen steigern ihre Leistungsfähigkeit kontinuierlich. Ein zentraler Meilenstein auf diesem Weg sind skalierbare, fehlertolerante Quantencomputer, also Systeme, die ihre eigenen Fehler korrigieren können, über lange Zeiträume stabil laufen und über genügend Qubits verfügen, um reale Probleme zu lösen. Firmen wie IBM, IQM oder Quantinuum streben an, dies innerhalb des kommenden Jahrzehnts zu erreichen, auch wenn der genaue Zeitplan offen ist. Parallel dazu gibt es intensive Bemühungen, das Potenzial des Quantencomputings sowohl der Öffentlichkeit als auch der Industrie näherzubringen. Zusammen mit nationalen und internationalen Förderprogrammen sowie privaten Investitionen entsteht so eine enorme Dynamik.

Die Quantentechnologie rückt zunehmend auch in den Fokus der breiteren Öffentlichkeit. 2025 wurden John Clarke, Michel Devoret und John Martinis für ihre Arbeit an Quantencomputern mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet. Ist Quantentechnologie damit endgültig im Mainstream angekommen?

Christian Dille: Der Nobelpreis – ebenso wie die Ausrufung des Jahres 2025 zum internationalen Jahr der Quantenwissenschaft und Quantentechnologien – hat das öffentliche Bewusstsein für dieses Thema deutlich geschärft. Wenn wir von „Mainstream“ sprechen, meinen wir allerdings Technologien, die als verlässliche Produkte mit klarem Alltagsnutzen etabliert sind. In einigen Bereichen ist das bereits der Fall: Atomuhren in GPS- und Telekommunikationssystemen, Quantengravimeter, SQUID-basierte Sensorik in Medizin und Industrie oder Quanten-Zufallszahlengeneratoren sind heute schon im Einsatz. Das Quantencomputing selbst befindet sich hingegen noch in einer früheren Entwicklungsphase. Konkrete Anwendungen hängen maßgeblich von weiteren Fortschritten bei Skalierung und Fehlerkorrektur ab, die wir in den nächsten zehn Jahren erwarten.

Bevor wir uns den Anwendungsmöglichkeiten von Quantentechnologien etwas detaillierter widmen, die Frage, welche Rolle Technologieunternehmen und -konzerne wie Zurich Instruments und Rohde & Schwarz in diesem Kontext spielen?

Dr. Irene Sánchez Arribas: Zurich Instruments ist ein führender Anbieter von Test- und Messlösungen und bekannt für leistungsstarke Lock-in-Verstärker, Signal- und Arbiträrgeneratoren, die in der Quantenforschung, der Quantensensorik und der Quantenkommunikation eingesetzt werden. Für das Quantencomputing bieten wir mit dem Quantum Computing Control System, kurz QCCS, eine speziell entwickelte Elektronikplattform zur Steuerung und Auslesung bestimmter Qubit-Technologien an. Dieses System ermöglicht es überhaupt erst, Quantenberechnungen durchzuführen. Man kann sich das QCCS gut als Nervensystem eines Quantencomputers vorstellen. Es sendet hochpräzise, zeitlich exakt abgestimmte Signale an die Quantenprozessoreinheit und empfängt diese dann wieder zurück. Da es unterschiedliche Qubit-Ansätze gibt – etwa supraleitende Qubits, Spin-Qubits, gefangene Ionen oder neutrale Atome –, sind jeweils spezifische Architekturen erforderlich. Unser Steuerungssystem wurde insbesondere für supraleitende Qubits, wie sie unter anderem von IBM, IQM oder Google genutzt werden, sowie für Spin-Qubits entwickelt. Eine zentrale Rolle spielt dabei auch unsere Software LabOne Q, die abstrakte Benutzeroperationen wie Gates, Schaltungen oder Algorithmen in konkrete, mit unserer Hardware kompatible Signale übersetzt.

Christian Dille: Bei Rohde & Schwarz ist es unsere Vision, Ideen Wirklichkeit werden zu lassen. In Bezug auf die Quantentechnologie bedeutet dies, dass wir dazu beitragen wollen, die Quantentechnologie aus dem Labor in die industrielle Realität zu übertragen – zuverlässig, reproduzierbar und in großem Maßstab. Es ist unser Anspruch, als Technologiepartner eine Brücke zu schlagen zwischen heutigen Hochfrequenz-, Test- und Zeitbereichslösungen und den skalierbaren Quantensystemen von morgen. Mit der zunehmenden Industrialisierung der Quantentechnologien wächst der Bedarf an reproduzierbaren, robusten und skalierbaren Mess- und Steuerungsinfrastrukturen rasant. Genau hier bringen wir unsere jahrzehntelange Erfahrung in der Hochfreneztechnik, der rauscharmer Signalerzeugung und der Präzisionsmesstechnik ein. Bildlich gesprochen liefern wir zentrale Bausteine für Quantencomputing, Quantensensorik und Quantenkommunikation. Ein besonders wichtiger Impuls entsteht dabei durch unsere enge Zusammenarbeit mit Zurich Instruments. Gemeinsam stellen wir ein umfassendes Toolkit bereit, das den gesamten Quanten-Workflow abdeckt – von der Charakterisierung einzelner Qubits bis hin zur Skalierung komplexer Systeme.

Anknüpfend daran, dass Quantentechnologien bereits im Einsatz sind. Wo begegnen wir ihnen denn bereits heute, vielleicht ohne es zu wissen?

Dr. Irene Sánchez Arribas: Tatsächlich fast überall. Laser, die in der Chirurgie, in der industriellen Fertigung, beim Barcode-Scannen oder im Glasfaser-Internet eingesetzt werden, basieren ebenso auf quantenphysikalischen Prinzipien wie Quantenpunkt-Displays oder die Atomuhren in GPS-Satelliten. Auch in der medizinischen Bildgebung spielt Quantenphysik eine zentrale Rolle. Die Magnetresonanztomographie nutzt die Kernspinphysik, während die Magnetenzephalographie hochempfindliche Quantensensoren einsetzt, um extrem schwache Magnetfelder im Gehirn zu messen. Selbst alltägliche Elektronikgeräte wie Telefone, Wearables und USB-Speicher sind auf Quanteneffekte in Halbleitern und Speichern angewiesen.

Wenn wir auf den medizinischen Bereich blicken, welche Chancen eröffnen sich hier durch den Einsatz von Quantentechnologie, beispielsweise im Bereich der Medikamentenentwicklung oder der Entwicklung personalisierter Behandlungsmethoden?

Christian Dille: Da Quantencomputer nach den Regeln der Quantenmechanik arbeiten, eignen sie sich von Natur aus für die Simulation von Quantensystemen wie Molekülen und chemischen Reaktionen. Dies eröffnet Möglichkeiten für quantenchemische Simulationen, die die Entwicklung von Medikamenten beschleunigen könnten. Um dies zu erreichen, sind jedoch nicht nur skalierbare, fehlertolerante Quantencomputer erforderlich, sondern auch erhebliche Fortschritte bei den für solche Aufgaben entwickelten Quantenalgorithmen.

Apropos Sensorik und Detektion: Könnten Quantensensoren beispielsweise in der Erdbeben- oder Klimaforschung dazu beitragen, Naturkatastrophen besser vorherzusagen? Etwas, das jeden von uns in seinem täglichen Leben betreffen kann.

Dr. Irene Sánchez Arribas: Quantensensoren können Erdbeben oder Stürme nicht auf magische Weise vorhersagen, aber sie können frühzeitigere, klarere und kontinuierlichere Messungen von Vorläufersignalen liefern also Massenverschiebungen, Dehnungen, magnetische Veränderungen oder zeitliche Schwankungen, wodurch Frühwarnsysteme und Klimamodelle verbessert werden können. Erdbeben beispielsweise verteilen die Masse neu und verändern das Gravitationsfeld der Erde. Empfindlichere quantenbasierte Gravitationsmessungen können dabei helfen, solche Veränderungen zu erkennen.

Wenn Quantensensoren dazu beitragen können, Umweltgefahren frühzeitiger zu erfassen: Sehen Sie in der Quantentechnologie auch Risiken, die mit jenen der Künstlichen Intelligenz vergleichbar sind?

Christian Dille: Anstatt uns auf die Risiken zu konzentrieren, sollten wir meiner Meinung nach die Chancen und Synergien zwischen den beiden Technologien betrachten. Quantencomputer können die für das Training generativer KI erforderliche Rechenleistung bereitstellen, während generative KI die Entwicklung und Erprobung von Quantensystemen beschleunigen kann.

Lassen Sie uns den Blick noch einmal weiten und auf die internationale Forschung schauen. Befinden wir uns in einem globalen Wettlauf zwischen Wissenschaft und Industrie, wenn es um die Vorreiterrolle in der Quantentechnologie geht?

Dr. Irene Sánchez Arribas: Ich würde es nicht als Wettlauf bezeichnen, da es keine klare „Ziellinie“ gibt, sondern eher als eine Quantentransformation. Es handelt sich um eine gemeinschaftliche Anstrengung, die die wissenschaftliche Gemeinschaft und die Industrie, aber auch Regierungen umfasst. Alle sind daran beteiligt und spielen dabei eine grundlegende Rolle. Regierungen stellen nachhaltige Finanzmittel, sowohl für die Wissenschaft als auch für die Industrie bereit, legen Standards und Sicherheitsrahmen fest, helfen beim Aufbau von Arbeitskräften und Infrastruktur und verringern das Marktrisiko durch Testumgebungen. Die wissenschaftliche Gemeinschaft erweitert die Grenzen unseres Verständnisses der Quantenwelt und forscht zu risikoreichen Themen, die Unternehmen in der Regel nicht angehen können. Und schließlich kann die Industrie diese Fortschritte zu nützlichen Produkten und Plattformen weiterentwickeln und umsetzen. Darüber hinaus ist diese Gemeinschaft eng miteinander verbunden. Viele Unternehmen sind aus Universitätsausgründungen hervorgegangen, wie beispielsweise IQM, Quantum Diamonds oder IonQ. Unternehmen und Forschungseinrichtungen betreiben häufig gemeinsame Labore, wie das Microsoft Quantum Lab in Delft, und arbeiten auch in öffentlich finanzierten Projekten zusammen. Diese Verbindungen tragen dazu bei, die Entwicklung von Quantentechnologien zu beschleunigen..

Der Quantencomputer ist der Inbegriff des technologischen Fortschritts, mit einem erheblich transformativem Einfluss auf Wirtschaft und Gesellschaft. Werden klassische Computer irgendwann durch Quantencomputer ersetzt?

Christian Dille: Das ist ein weit verbreiteter Irrtum. Quantencomputer werden nicht dazu verwendet werden, Microsoft Word zu nutzen oder im Internet zu surfen. Also so wie die herkömmlichen Desktop- und Laptop-Computer, die wir in unserem Alltag verwenden. Stattdessen werden sie die Hochleistungscomputer in Rechenzentren ergänzen. Sie sind dafür ausgelegt und werden dafür eingesetzt werden, hochspezialisierte komplexe Probleme wie die Struktur eines Proteins zu simulieren oder zu lösen, was mit unseren leistungsstärksten Computern nicht möglich ist. In Zukunft werden wir hybride Systeme sehen, in denen klassische Hochleistungsrechner Quantencomputer als spezialisierte Beschleuniger integrieren.

Forschung und Entwicklung sind kostenintensive Unterfangen, für die oft nur begrenzt finanzielle Mittel zur Verfügung stehen. Wie entscheidend ist die staatliche Finanzierung für Ihre Arbeit im Bereich Quantencomputing und welchen Beitrag können öffentliche Einrichtungen Ihrer Meinung nach leisten?

Dr. Irene Sánchez Arribas: Sie ist sehr entscheidend. Die Unterstützung von Universitätsgruppen, die unsere Steuerelektronik nutzen, um die Grenzen des Quantencomputings zu erweitern, ist für uns von großer Bedeutung. Zudem ermöglicht sie die gemeinsame Entwicklung mit akademischen und industriellen Partnern durch öffentlich finanzierte Projekte. So sind wir bei Zurich Instruments beispielsweise Partner von QSolid und MUNIQC-SC, zwei öffentlich finanzierten Projekten in Deutschland, die beide darauf abzielen, einen supraleitenden Quantencomputer in Deutschland zu bauen. Der Großteil der aktuell erworbenen Quantencomputer wird im öffentlichen Sektor eingesetzt, insbesondere in Hochleistungsrechenzentren. Dies wird durch erhebliche öffentliche Mittel in Europa unterstützt, vor allem durch große EU- und nationale Programme. Diese frühen Systeme tragen dazu bei, das Bewusstsein für Quantencomputing zu schärfen. Darüber hinaus dienen sie als Plattformen für die Entwicklung von Infrastruktur und Basistechnologien sowie von Algorithmen und ersten Anwendungen.

Als Akteure, die Forschung und Industrie miteinander verbinden und neue Impulse setzen: Ist es da zutreffend zu sagen, dass wir Teil eines größeren „Quanten Ökosystems“ sind und wie sieht dieses aus?

Christian Dille: Das Ökosystem der Quantentechnologie umfasst alle Akteure und Aktivitäten, die erforderlich sind, um Quantenideen in reale Lösungen umzusetzen: Universitäten, die sich mit Grundlagenforschung befassen, Unternehmen, die spezielle Hardware und Software entwickeln, Systemintegratoren, Start-ups, die Anwendungen entwickeln und Regierungen, die Forschung und Innovation unterstützen. Man kann sich das als eine Gemeinschaft vorstellen, die durch ein gemeinsames Ziel vereint ist, die Weiterentwicklung der Quantentechnologien. Jeder Teil leistet einen wesentlichen Beitrag, seien es wissenschaftliche Erkenntnisse, technisches Know-how, Finanzierung oder Talentförderung. Nur durch eine effektive Interaktion zwischen all diesen Elementen kann die Quantentechnologie von der frühen Forschung zu praktischen Werkzeugen weiterentwickelt werden, die der Industrie und der Gesellschaft zugutekommen.

Kommen wir noch einmal auf die Quantensensorik zurück. Wie würden Sie deren Reifegrad im Vergleich zu dem des Quantencomputings beschreiben, über das wir zuvor gesprochen haben?

Dr. Irene Sánchez Arribas: Quantencomputer haben zwar große öffentliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen, sind aber technisch noch nicht für den kommerziellen Einsatz bereit. Die Quantensensorik hingegen ist da schon weiter fortgeschritten. Quantensensoren sind bereits unverzichtbare Komponenten in vielen Anwendungen. Einige dieser Technologien sind bereits kommerzialisiert, wie beispielsweise Quantengravimeter. Andere befinden sich in der Systemprototypenphase, wie beispielsweise Quantenmagnetometer für Anwendungen in der Hirndiagnostik. Und wieder andere, wie beispielsweise Stickstoff-Vakanz-Sensoren, befinden sich derzeit in der Felddemonstrationsphase oder in fortgeschrittenen Laborprototypenphasen.

Man könnte demnach also sagen, dass die Quantensensorik bereits einen sehr praktischen Stand erreicht hat. Für welche Branchen ist die Quantensensorik denn eigentlich relevant?

Christian Dille: Die Fähigkeit der Quantensensorik, unglaublich subtile magnetische, elektrische oder gravitative Signale zu erkennen, öffnet Türen, die zuvor unzugänglich waren. Im Gesundheitswesen könnten hochempfindliche Magnetsensoren die nicht-invasive Bildgebung von Gehirn und Herz zugänglicher machen, die Forschung im Bereich der nanoskaligen Kernspinresonanzspektroskopie ermöglichen. Dies könnte durchaus zu der Entwicklung tragbare oder kompakter MRI-ähnlichen Geräten führen. In der Halbleiterindustrie bieten Quantensensoren neue Möglichkeiten zur Analyse von Fehlern und zur Optimierung von Prozessen durch die präzise Messung von Strömen und Magnetfeldern. Die Luft- und Raumfahrt sowie die Verteidigung werden von Quantenbeschleunigungsmessern und Gravimetern profitieren, die eine zuverlässige Navigation ohne GPS ermöglichen und dabei helfen, versteckte oder unter Wasser liegende Objekte zu erkennen. In der Öl-, Gas- und Bergbauindustrie können quantenunterstützte Schwerkraft- und Magnetsensoren klarere Untergrundkarten erstellen und so die Explorationsrisiken verringern. Ultrastabile Atomuhren werde eine Schlüsselrolle in der Telekommunikation, im Finanzwesen und in kritischen Infrastrukturen spielen, indem sie die Synchronisation verbessern und sichere, zeitkritische Netzwerke ermöglichen. Das ist unerlässlich für Technologien wie 6G und Rechenzentren. Einfach ausgedrückt: Überall dort, wo Präzision zählt, hat die Quantensensorik das Potenzial, bahnbrechende Veränderungen zu schaffen.

Last but not least: Was sind Ihre persönlichen „Aha-Momente” , die Sie bei Ihrer Arbeit mit Quantentechnologie erlebt haben?

Dr. Irene Sánchez Arribas: Für mich ist die Geschwindigkeit der technologischen Entwicklung und des Fortschritts einfach atemberaubend. Man muss sich nur ansehen, wie weit wir in den letzten zehn Jahren gekommen sind. Natürlich kann niemand die Zukunft vorhersagen, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass die Quantentechnologie das Leben aller Menschen tiefgreifend verändern und der Gesellschaft große Vorteile bringen wird.

Christian Dille: Das ist wirklich eine schwer zu beantwortende Frage, weil es so viel gibt. Aber wenn ich darüber nachdenke, bin ich irgendwie jedes Mal überrascht, dass die Quantensensorik ausgereifter ist als das Quantencomputing, obwohl ich das natürlich weiß. Das liegt wahrscheinlich daran, dass das Quantencomputing so viel öffentliche Aufmerksamkeit erhält, dass sich meine Wahrnehmung unbewusst verschoben hat