Quantentechnologie hat bereits den Übergang von der Laborforschung zur praktischen Anwendung vollzogen. Eine aktuelle Übersichtsstudie, veröffentlicht im Fachmagazin Science, stellt jedoch fest, dass es noch einige Zeit dauern wird, bis diese Technologie weit verbreitet ist. Der Vergleich zwischen der Quantentechnologie und der frühen Computerära verdeutlicht die Herausforderungen, die noch bewältigt werden müssen, insbesondere in Bezug auf die Überwindung von Hindernissen, ähnlich denen, die während der Ablösung von Elektronenröhren durch Transistoren auftraten.

Ein Forscher der Universität Innsbruck war an dieser Studie beteiligt, die verschiedene Technologien analysiert, die Quanteninformationen nutzen. Dazu gehören Quantencomputer, Netzwerke und Sensoren. Der Hauptautor, David Awschalom von der University of Chicago, bemerkt: „Zurzeit erinnert die Quantentechnologie an die Anfänge des Transistors. Die physikalischen Grundlagen sind gesichert, und funktionsfähige Systeme existieren bereits. Nun müssen wir die Partnerschaften und Anstrengungen fördern, um das volle Potenzial dieser Technologie auszuschöpfen.“

Sechs Quantentechnologien im Fokus

Die Studie untersucht sechs wesentliche Quantentechnologien: supraleitende Qubits, gefangene Ionen, Spin-Defekte, supraleitende Quantenpunkte, neutrale Atome und photonische Qubits. Forscher verwendeten KI-Sprachmodelle wie ChatGPT und Gemini, um jedem dieser Technologien ein „Technology Readiness Level (TRL)“ zwischen 1 und 9 zuzuweisen. Dieses Maß beschreibt den Reifegrad der jeweiligen Technologie, wobei Level 1 für die Beobachtung und Beschreibung des Funktionsprinzips im Labor steht und Level 9 anzeigt, dass die Technologie erfolgreich im Alltagsgebrauch implementiert ist.

Die Ergebnisse der Studie bieten laut den Forschern einen umfassenden Überblick über die Fortschritte in den einzelnen Bereichen. Trotz der Existenz fortschrittlicher Prototypen befindet sich deren Leistungsfähigkeit allerdings noch in einem frühen Entwicklungsstadium. William D. Oliver, Professor am MIT, weist darauf hin: „Während Halbleiterchips in den 1970er-Jahren bereits ein TRL von 9 erreicht hatten, boten sie im Vergleich zu heutigen Computerchips nur eine eingeschränkte Funktionalität. Ein hohes TRL bedeutet nicht zwingend, dass das Endziel erreicht ist, noch dass die Forschung abgeschlossen ist.“

Herausforderungen auf dem Weg zur Alltagstauglichkeit

Die supraleitenden Qubits für Quantencomputer, neutrale Atome für Quantensimulationen, photonische Qubits für Quantennetzwerke und Spin-Defekte für Quantensensoren gingen als die Technologien mit den höchsten Technology Readiness Levels hervor. Den Forschern zufolge gibt es jedoch zahlreiche Herausforderungen, die überwunden werden müssen, um diese Technologien für den alltäglichen Einsatz bereit zu machen. Fortschritte in der Materialforschung und der Produktion sind notwendig, um Geräte zu entwickeln, die kosteneffizient in großen Stückzahlen hergestellt werden können.

Signalübertragung als Engpass

Ein zentrales Problem stellt die Signalübertragung dar. Die meisten Quantenplattformen erfordern individuelle Leitungen für die einzelnen Qubits, was bei einer Anzahl von Millionen Qubits nicht praktikabel ist. Ähnliche Herausforderungen gab es bereits in den 1960er-Jahren bei den ersten Computern, als jede Komponente manuell mit vielen anderen Komponenten verkabelt und verlötet werden musste, was äußerst aufwendig war. Integrierte Schaltkreise konnten dieses Problem lösen.

Zusätzlich sind Herausforderungen wie die Stromversorgung, Temperaturkontrolle, Kalibrierung und Steuerung der Systeme zu bewältigen. Die Studie zieht Parallelen zur Computergeschichte und hebt hervor, dass die meisten Entwicklungen in diesem Sektor, von der Einführung der Lithographie in der Computerchipherstellung bis hin zu neuen Transistormaterialien, Jahre bis Jahrzehnte benötigten, um den Übergang in die industrielle Anwendung zu schaffen.

Die Autoren der Studie prognostizieren, dass es auch bei Quantentechnologien ein ähnlicher Zeitraum sein wird. „Geduld ist ein Schlüsselmerkmal vieler bahnbrechender Entwicklungen“, betonen sie und heben die Notwendigkeit realistischer Zeitperspektiven hervor.