Im Gespräch mit Kathrin König

Wolltest du schon immer in die Forschung?

Tatsächlich hatte ich nach der Schule zunächst eine Ausbildung zur Krankenschwester gemacht und auf einer Intensivstation gearbeitet. Dabei habe ich gemerkt, dass ich die Medizintechnik, die ich jeden Tag benutze, besser verstehen möchte. Die Technologie dahinter fand ich so spannend, dass ich beschloss, etwas in diese Richtung zu studieren. Als ich mir dann verschiedene Studiengänge angeschaut habe, wurde mir klar, dass ich nicht nur Medizintechnik studieren will, sondern mich breiter aufstellen möchte. So bin ich auf die Mikrosystemtechnik am IMTEK in Freiburg gekommen und habe dort meinen Bachelor und Master gemacht.

Wie bist du von der Mikrosystemtechnik zu der Quantenforschung gekommen?

Ich habe vor einem Jahr als Hiwi am Fraunhofer IAF angefangen und meine Masterarbeit über die Parallelisierung monolithischer Galliumnitrid-Halbbrücken für ein kompaktes 48-V-Hochstrom-Leistungsmodul geschrieben – also ein Thema aus der Leistungselektronik. Am Institut wurde ich dann auf die Quantenforschung und speziell das Quantencomputing aufmerksam und war sofort begeistert. Die Idee, aus den kleinsten Teilchen einen Computer zu bauen, hat meinen Forschergeist geweckt.

Ursprünglich wollte ich nach meinem Abschluss in die Welt ziehen, aber die Themen am IAF sind so spannend und die Kollegen und der Umgang mit den Hiwis und Masteranden war so toll, dass ich beschlossen habe, hier zu bleiben. Außerdem hätte ich wahrscheinlich nirgendwo ein so faszinierendes Thema für meine Promotion gefunden, das Soft- und Hardware miteinander vereint: die Programmierung und Ansteuerung von Quantencomputern sowie Stickstoff-Vakanz-Zentren als Qubit-Technologie für zukünftige Quantencomputer.

Woran arbeitest du gerade?

Momentan bin ich in der Einarbeitungsphase und lerne das Programm zur Ansteuerung von Quantencomputer von IBM kennen und wie deren Qubits funktionieren. Dazu arbeite ich über einen Cloudzugriff auf den Quantencomputer von IBM. D. h. ich programmiere komplexe Aufgabenstellungen, schicke sie zur Berechnung hin und bekomme dann Daten zurück. Aktuell simuliere ich die Bindungsenergien von Lithiumhydrid auf den Quantencomputern. Lithiumhydrid ist eigentlich ein recht simples Molekül, zu dessen Simulation man nicht unbedingt einen Quantencomputer benötigt, aber die Simulation hilft mir dabei, Quellen für potentielle Mess- und Rechenfehler zu finden. So kann ich in Zukunft Algorithmen schreiben, die diese vermeiden können und komplexere Rechnungen fehlerfrei bearbeiten. Ich arbeite also an einer Art Workaround und schaue, was das System kann und wie ich es optimal programmiere, damit ich bestmögliche Ergebnisse bekomme.

Wie hast du gelernt, mit einem Quantencomputer zu arbeiten?

Zur Programmierung und Ansteuerung von Quantencomputern benötigt man spezielle Software. Ich nutze das Programm »Qiskit« von IBM. Für einen sinnvollen Umgang muss man nicht nur das Programm, sondern auch die Funktionsweise der Quantencomputer verstehen. Um das zu lernen, habe ich an der »Qiskit Global Summer School 2020« von IBM teilgenommen. Es war eigentlich als kleines Event mit 200 Leuten geplant, aber die Nachfrage war so groß, dass es am Ende 4000 Teilnehmer waren. Es ging über zwei Wochen und war eine tolle Schulung die, neben dem Inhalt der für ein ganzes Semester gereicht hätte, auch die Begeisterung für das Quantencomputing vermittelt hat.

Welchen Vorteil versprechen Qubits auf Basis von Stickstoff-Vakanz-Zentren im Gegensatz zu genutzten Qubit-Technologien?

Verschiedene Forschergruppen konnten schon zeigen, dass die Kohärenzzeit, d. h. die Zeit die ein Quantenzustand erhalten bleibt und für Berechnungen zur Verfügung steht, bei Stickstoff-Vakanz-Zentren in Diamant viel länger ist. Außerdem konnte gezeigt werden, dass dies auch bei höheren Temperaturen, nicht mehr im Millikelvinbereich, der Fall ist. Deshalb besteht die Hoffnung, dass man mit Stickstoff-Vakanz-Zentren in Diamant noch bessere Quantencomputer bauen kann, welche längere Rechenoperationen ermöglichen und robuster sind.

Was gefällt dir an Freiburg besonders und verrätst du uns deinen Lieblingsort?

Ich finde die Innenstadt wunderschön und mir gefällt es, dass Freiburg ein bisschen Großstadtflair hat, ohne eine zu sein. Mein Lieblingsort ist der Botanische Garten. Leider kann man momentan nicht in das Gewächshaus, was für mich immer das Highlight ist, aber den schön gestalteten Außenbereich kann man immer genießen.

Kathrin König hat Mikrosystemtechnik am IMTEK in Freiburg studiert und ist 2019 als Masterandin ans IAF gekommen. Nachdem sie ihre Abschlussarbeit über GaN Halbbrücken geschrieben hat, ist sie in den Bereich Quantentechnologien gewechselt und hat 2020 ihre Promotion begonnen.