Im Gespräch mit Tommaso Calarco, Leiter des Instituts Quantum Control am Forschungszentrum Jülich

 

Dass man das Unmögliche, das Undenkbare erforscht – buchstäblich, denn man kann sich kein mentales Bild eines Quantensystems machen – das fasziniert Tommaso Calarco, Institutsleiter »Quantum Control« am Forschungszentrum Jülich mehr als alles andere an der Quantentechnologie. Im Interview spricht er mit Ingolf Wittmann, Technology Analyst & Consultan am Fraunhofer IAF.

 

 

Wie sind Sie eigentlich »zu den Quanten gekommen«?

 

Calarco — Als ich Diplomand war, existierte das Forschungsfeld Quantentechnologie noch gar nicht. Es hieß »Grundlagen der Quantenmechanik« und man hatte so gut wie keine Karriereperspektive. Als ich am Ende meines Studiums war, hatten Peter Zoller und Ignacio Cirac aus Innsbruck die ersten Ideen zu einem Quantencomputer mit Ionen. Da war mir klar, dass sich aus diesen »Spielereien« mit Quantensystemen wirklich etwas bauen lässt.

Wittmann An der Uni habe ich »Operation Research« studiert und hätte mir niemals träumen lassen, dass ich das jemals wieder brauchen würde, um z. B. ein »Traveling Salesman«-Problem auf einen Quantencomputer zu mappen. Aber genau so kam es, als Ende 2016 das IBM Q System als Open-Source-Projekt mit freiem Zugriff für jedermann angekündigt wurde. Ich war damals bei IBM und habe schnell das Potential erkannt, aber auch, dass wir eine technische Organisation in den Ländern brauchen, um die Kunden vor Ort zu unterstützen.

 

 

Prof. Dr. Tommaso Calarco, Institutsleiter »Quantum Control« am Forschungszentrum Jülich.
© Helmholtz/Stefanie Herbst
Prof. Dr. Tommaso Calarco, Institutsleiter »Quantum Control« am Forschungszentrum Jülich.
Dr. Michael Mikulla ist Geschäftsfeldleiter für Leistungselektronik am Fraunhofer IAF.
© Fraunhofer IAF
Ingolf Wittmann ist Technology Analyst & Consultant am Fraunhofer IAF.

Wie wichtig ist nationale und internationale Kooperation bei einem so zukunftsträchtigenThema wie dem Quantencomputing?

Calarco — Sehr wichtig! Über die letzten 15 Jahre habe ich sehr viel Energie hinein gesteckt, die Quantentechnologie-Forschung in Europa zu koordinieren und eine gemeinsame Zukunftsvision zu entwickeln. Daraus entstand das Quantum Flagship. In Deutschland steht uns das noch bevor. Die Bundesregierung möchte eine einheitliche Strategie, die Forschung hier ist aber noch nicht ausreichend koordiniert. Deutschland hat enorme Fähigkeiten im Quantencomputing, aber keine Organisation, keine Forschungsgruppe und kein Land kann das alleine schaffen. Kooperation ist immer das Schlüsselelement.

Wittmann — Dem stimme ich absolut zu. Fraunhofer hat den Auftrag, Forschung für die Industrie handhabbar zu machen. Durch unsere vielfältigen Parter und Kontakte sind wir prädestiniert dafür, die Industrie zu befähigen, Quantentechnologien in den Unternehmen einzuführen und mit ihnen gemeinsam an zukünftigen Lösungen im Hardware- und Softwarebereich zu arbeiten um auch in Zukunft wettbewerbsfähig in Europa und in der Welt zu bleiben.

Was können wir in 10 Jahren erreichen?

Calarco — In 10 Jahren gibt es voraussichtlich die ersten fehlerkorrigierten Quantencomputer. Mit ihnen kann man dann nicht mehr nur einige 100 Berechnungen durchführen, sondern die Rechenzeit deutlich nach oben skalieren. Da wird es dann für komplexe industrierelevante Anwendungen interessant. Bisher können wir schon einfache Probleme lösen, aber in 10 Jahren könnten wir in den Produktionsmodus kommen.

Wittmann — Ich habe lange bei IBM gearbeitet, daher denke ich natürlich auch jetzt noch eher in kurzfristigen Zyklen (lacht). Der universelle Quantenrechner wird sicherlich noch einige Jahre auf sich warten lassen. Ich sehe aber durchaus eine Chance, dass wir in 3 – 5 Jahren erste Industrielösungen und Anwendungen mit hybriden Hardwarelösungen als »Black Box« oder im Softwarebereich sehen werden.

© IBM Research
Das Fraunhofer IAF (Freiburg) koordiniert das Fraunhofer Kompetenzzentrum "Quantencomputing Baden-Württemberg" gemeinsam mit dem Fraunhofer IAO (Stuttgart).
Das Fraunhofer IAF entwickelt Diamantspitzen mit eingebauten NV-Zentren für den Einsatz als Halbleiterbasierte Qubits.
© Fraunhofer IAF
Das Fraunhofer IAF entwickelt Diamantspitzen mit eingebauten NV-Zentren für den Einsatz als Halbleiterbasierte Qubits.

Und in 50 Jahren?

Wittmann — Wenn ich mir ansehe, was wir hier am IAF im Diamantbereich machen, wo wir den kalten Bereich der Millikelvin-Qubits verlassen und an einen Betrieb nahe Raumtemperatur denken, kann ich mir Miniaccleratoren vorstellen, welche zuerst als Steckkarten in Rechnern und später als Modul in mobilen Geräten zu finden sind.

Calarco — Wenn alles gut geht, dann wird künstliche Intelligenz durch die Quantencomputer so beschleunigt, dass es Anwendungen gibt, die wir uns heute gar nicht vorstellen können.

Welche Menschen inspirieren Sie bei Ihrer Arbeit?

Wittmann — Eine meiner Passionen ist es junge, Menschen in ihrer Karriere weiter zu entwickeln und zu fördern. Dabei habe ich zwei Menschen kennengelernt, die mich wirklich beeindruckt haben. Erstens, Paul Martynenko, der mich über viele Jahre als Chef und als Mentor begleitet hat und ein hervorragendes Förderprogramm für junge technische Kollegen aufgesetzt hat. Und zweitens, Prof. Barry Dwolatzky von der WITS University in Südafrika, der mit so viel Passion die Universität für junge eher benachteiligte Menschen in einer schwierigen Umgebung über viele Jahre aufgebaut hat.

Calarco — Oh, da muss ich gar nicht nachdenken. Mein Vorbild ist ganz eindeutig Peter Zoller aus Innsbruck. Er hatte vor 25 Jahren die ersten Ideen zur technologischen Umsetzung von »Quantenspinnereien«. Ich war Post-Doc bei ihm. Er ist für mich auch ein Vorbild in seiner Fähigkeit, verschiedene Gesichtspunkte, verschiedene Akteure und verschiedene Strömungen in der Community zusammenzuhalten.

Prof. Dr. Tommaso Calarco forscht zur Quantenkontrolle und »jongliert« mit Atomen.
© Forschungszentrum Jülich
Prof. Dr. Tommaso Calarco forscht zur Quantenkontrolle und »jongliert« mit Atomen.

Was wären Sie eigentlich geworden, wenn Sie kein Wissenschaftler wären?

Calarco Musiker! Das bin ich zumindest noch in meiner Privatzeit. Ich habe einen Bachelor in klassischer Musik. Ich habe früher auch unterrichtet. Jetzt singe ich zuhause mit meiner Familie a cappella madrigale der Renaissance. Das hat auch während Corona im Lockdown meine mentale Gesundheit erhalten.

Wittmann Wahrscheinlich hätte ich wie mein Großvater Forstwirtschaft studiert. Oder ich wäre Schreiner geworden, ich habe einen kleine Schreinerwerkstatt bei mir zu Hause aufgebaut und baue Möbel für meine Familie.

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Quantencomputing am Fraunhofer IAF

Wir forschen im Bereich der Elektronik und des Diamanten für das Quantencomputing.  

Kompetenzzentrum Quantencomputing

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