In der universitären Forschung hat Berlin einiges an Quanten-Kompetenz zu bieten. Prof. Dr. Jasmin Meinecke von der Technischen Universität Berlin erläutert die Aktivitäten an ihrem Institut und betont auch die Rolle der Universitäten bei der Ausbildung des Nachwuchses.
Sie sind letztes Jahr von der Isar an die Spree gewechselt. Wie nehmen Sie das neue Umfeld wahr?
Meinecke: Berlin hat im Bereich der Quantentechnologien sehr viel mehr zu bieten, als man auf den ersten Blick sieht. Das liegt ein Stück weit auch daran, dass die vielen Akteure in der Hauptstadtregion nicht so an einem Ort zentriert sind wie etwa im Munich Quantum Valley. Hier verteilen sich die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten auf eine ganze Reihe von Instituten und Unternehmen. Deshalb bin ich immer noch dabei, neue Leute aus der Region kennenzulernen, die ebenfalls an Quantentechnologien arbeiten. Aber das macht die Arbeit auch spannend!
Woran arbeiten Sie an Ihrem Institut?
Meinecke: Wir arbeiten mit photonischen Quantensystemen für Anwendungen in der Quantensimulation und Quantenkommunikation. Meine Arbeitsgruppe hat deshalb eine gewisse Sonderstellung. Wir sitzen ja am Institut für Festkörperphysik. Aber wir erforschen weniger die Eigenschaften neuartiger Materialien, wie in der Festkörperphysik üblich. Sondern wir nutzen diese Erkenntnisse, um damit Grundlagenforschung für neue Quantentechnologien zu machen.
Um welche Systeme geht es konkret?
Meinecke: Wir untersuchen insbesondere integrierte optische Schaltkreise. Diese basieren meist auf herkömmlicher Silizium-Halbleitertechnik. Das hat den großen Vorteil, dass solche Module mit den etablierten Produktionstechniken der Chipindustrie kompatibel sind. Das Ziel sind sogenannte On-Chip-Lösungen, bei denen Photonenquellen, Wellenleiter und Detektionseinheiten auf einem Chip integriert sind. Das macht solche Schaltkreise sehr robust und bietet zum Beispiel eine Schnittstelle für Quantenkommunikationssysteme. Es lässt sich aber im Prinzip auch im Quantencomputing anwenden.
Sehen Sie für Ihre Forschungsprojekte schon Anwendungen?
Meinecke: Unsere Arbeit zielt eher darauf ab, neue Techniken und Module zu entwickeln, die dann eines Tages von einer Firma hin zu einer kommerziellen Anwendung entwickelt werden kann. Dazu gehören etwa besonders effiziente Ausleseverfahren, um Quantenbits mit möglichst geringem Rauschen auslesen zu können. Wir sind also eher im Bereich der Grundlagenforschung tätig und sehen unsere Aufgabe darin, neue Typen von Quantentechnologie überhaupt erst möglich zu machen. Dazu gehört natürlich auch, Dinge auszuprobieren, die dann vielleicht nicht so funktionieren, wie man das erst erhofft hat. Aber so funktioniert Grundlagenforschung!
Hat Ihre Gruppe bereits Kollaborationen mit anderen Instituten in der Hauptstadtregion?
Meinecke: Wir sind zum Beispiel bei der Chipherstellung in Kontakt mit den hiesigen Fraunhofer-Instituten. Dabei geht es um mehrere Projekte zur Entwicklung von integrierten Bauteilen für sensitive Quantenmessungen und Quantensimulationen. Die Zusammenarbeit mit lokalen Instituten hat natürlich viele Vorteile. Das Heinrich-Hertz-Institut oder die Physikalisch-Technische Bundesanstalt sind ja sozusagen Nachbarn der TU und man kann für eine Besprechung einfach kurz rübergehen.
Waren Sie auch beim Berlin Quantum Pioneer 2024 dabei?
Meinecke: Das hat sich leider nicht ergeben, aber das klingt nach einem spannenden Event. Überhaupt wünsche ich mir für die Quantentechnologien eine stärkere Vernetzung der verschiedenen wissenschaftlichen und privatwirtschaftlichen Einrichtungen hier in Berlin. Dazu sind solche Events und Veranstaltungen unabdingbar. Ich denke, dass wir hier in Berlin alle von einem starken Netzwerk profitieren können. Schließlich liegt bei unseren universitären Gruppen ja auch die Verantwortung, den Nachwuchs möglichst gut auszubilden. Dazu ist es natürlich wünschenswert, den jungen Leuten auch die beruflichen Perspektiven aufzeigen zu können. Und dafür sind persönliche Kontakte immer hilfreich.
Was erwarten Sie für die kommenden Jahre für den Quanten-Standort Berlin?
Meinecke: Berlin hat auch dank seiner traditionellen Forschungsstärke im Bereich Optik und Photonik ein enormes Potenzial für die Quantentechnologien. Einerseits können wir so die jahrzehntelange Erfahrung und Entwicklungsarbeit der klassischen Photonik für Quantenanwendungen nutzen. Andererseits profitiert auch die herkömmliche Photonik von den Innovationen der Quantenphotonik, da für diese viele extrem effiziente und präzise Komponenten entwickelt werden. Diese Gebiete befruchten sich also gegenseitig. Ich gehe davon aus, dass künftig bei der Weiterentwicklung der Quantentechnologien immer mehr photonische Elemente und Module gebraucht werden, denn Quanteninformation muss auch von einem Ort zu einem anderen übertragbar sein und das geht nur mit Lichtteilchen. Es gibt also viele Möglichkeiten, neue Ideen einzubringen.
Die Arbeitsgruppe „Photonische Quantensysteme“ erforscht die Grundlagen der Quanteninformation. Mithilfe moderner quantenoptischer Methoden, insbesondere integrierter photonischer Schaltkreise auf optischen Chips, untersucht das Team fundamentale Effekte der Mehrphotoneninterferenz. Dabei stehen Phänomene wie die Verschränkung zwischen verschiedenen Quantensystemen und deren Anwendung in der Quantentechnologie im Fokus.
>> Mehr über die Forschung von Prof. Dr. Jasmin Meinecke AG Photonische Quantensysteme
Das Interview wurde durch Berlin Partner im Rahmen von BERLIN QUANTUM beauftragt und von Dr. Dirk Eidemüller im Auftrag für Thoss Media GmbH durchgeführt.