Insider-Briefing

• Der Forscher Kai Voges von der Leibniz Universität Hannover hat eine Forschungsgruppe eingerichtet, die sich auf hybride Quantensysteme konzentriert, die Moleküle mit Rydberg-Atomen kombinieren.
• Das mit 5.8 Millionen Euro dotierte, fünfjährige Projekt HybriQCS zielt darauf ab, Quantengatter-Operationen unter Verwendung sowohl von Molekül- als auch von Rydberg-Atom-Systemen zu demonstrieren.
• Die Gruppe wird innerhalb des Quantum Valley Lower Saxony und des Exzellenzclusters QuantumFrontiers arbeiten und dabei Anwendungen in den Bereichen Quantencomputing, Simulation und Präzisionszeitmessung erforschen.

PRESSEMITTEILUNG — Wenn die wissenschaftliche Gemeinschaft über Quantencomputer diskutiert, ist es meist die Frage nach dem zugrunde liegenden System, die für Uneinigkeit sorgt. Ionenfallen, Rydberg-Atome oder vielleicht supraleitende Schaltkreise? An der Leibniz Universität Hannover hat Dr. Kai Voges eine neue Forschungsgruppe ins Leben gerufen, die sich zwischen diesen Fraktionen positioniert und das Ziel verfolgt, die Stärken dieser verschiedenen Ansätze ohne Vorbehalte zu kombinieren. Im Herzen des Quantum Valley Lower Saxony (QVLS) angesiedelt und auf der Grundlagenforschung des Exzellenzclusters QuantumFrontiers aufbauend, entwickelt die Forschungsgruppe hybride Quantensysteme. Mit einer Förderung von 5.8 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Weltraum ist es das Ziel, innerhalb von fünf Jahren die ersten Gatter-Operationen einer einzigartigen Technologie zu erreichen und die aktuelle Debatte über Quantencomputing in neue Richtungen zu lenken.

Moleküle treffen auf Atome

Im Mittelpunkt der Idee stehen ultrakalte Moleküle und einzelne Atome. Kai Voges hat sich die dafür erforderliche Expertise im Laufe seiner bisherigen wissenschaftlichen Karriere angeeignet. Als Doktorand am Institut für Quantenoptik in Hannover – historisch gesehen das führende Zentrum für Molekülphysik – setzte er Moleküle aus einzelnen gekühlten Atomen zusammen. Anschließend erweiterte er sein Fachgebiet am Imperial College London, wo er ganze Moleküle auf nur wenige Grad Kelvin abkühlte. Als Leiter seiner eigenen Forschungsgruppe bleiben Moleküle der Schwerpunkt von Voges' Arbeit: Sie sollen in Zukunft die Qubits eines Quantencomputers werden. Er bringt jedoch nicht nur neue Erfahrungen, sondern auch ein neues, zusätzliches System an seine Alma Mater: Rydberg-Atome.

Kai Voges: „Mein Ziel ist es, die jeweiligen Stärken von Molekülen und Rydberg-Atomen komplementär nutzen zu können. Als Qubits haben Moleküle lange Kohärenzzeiten, was bedeutet, dass sie Quanteninformationen für Sekunden oder sogar Minuten speichern können. Ein aus Molekülen bestehender Quantencomputer wäre daher nach dem aktuellen Stand der Technik gut darin, Informationen zu speichern, aber langsam beim Rechnen, da Moleküle nur sehr wenig miteinander interagieren. Rydberg-Atome hingegen sind extrem schnell und flexibel bei der Informationsübertragung, aber derzeit zu instabil, um als alleinige Hardware für Quantencomputer zu dienen. Wir streben daher an, die Stabilität von Molekülen mit der Geschwindigkeit von Rydberg-Atomen zu kombinieren.“

Technologisches Ziel: Gatter-Operation; wissenschaftliche Anwendungen: Unzählig

Mit Mitteln aus dem Programm Quantum Futur des Bundesforschungsministeriums baut Kai Voges eine Forschungsgruppe auf, mit dem Ziel, die ersten Quantencomputer-Gatter-Operationen mit Molekülen und Rydberg-Atomen zu realisieren. Je nach technologischem Reifegrad erwägen die Forscher auch die Gründung eines Spin-offs. Neben der Umsetzung des eigenen Konzepts stehen aber auch Kooperationen mit anderen Gruppen innerhalb des Quantum Valley Lower Saxony und des Exzellenzclusters QuantumFrontiers auf der Agenda. Als neues System erweitern Rydberg-Atome somit nicht nur das Spektrum des Instituts für Quantenoptik, sondern schaffen auch neue Synergien.

Kai Voges: „Ich freue mich besonders darauf, neue Kooperationen aufzubauen, insbesondere im Hinblick auf die Theorie der neuen Quantengatter. Genauso spannend wird es sein, Brücken zu den starken Ionenfallen-Gruppen an der Leibniz Universität und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt zu schlagen. Dies geht über den Bau von Quantencomputern hinaus. Man könnte sich auch eine duale Uhr vorstellen, in der Moleküle und einzelne Atome ihre jeweiligen Stärken einbringen. Allein durch die Nutzung der unterschiedlichen Uhrenübergänge der Systeme könnten jeweilige Rauschquellen eliminiert und so ein rauscharmes Signal erzeugt werden.“

Projektübersicht

Das Projekt „Hybrid Systems for Quantum Computing and Simulation (HybriQCS)“ unter der Leitung von Kai Voges war in der dritten Runde des vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Weltraum organisierten Wettbewerbs „Quantum Futur“ für Nachwuchswissenschaftler erfolgreich. Die anwendungsorientierte Förderung in Höhe von insgesamt 5.8 Millionen Euro begann am 1. März 2026 und läuft fünf Jahre lang bis zum 28. Februar 2031.