FHNW erfolgreich im Bridge Quantum Call: Drei Projekte für die Quantentechnologie der Zukunft, Hochschule für Technik und Umwelt FHNW

Der Bridge Quantum Call ist Teil der nationalen Swiss Quantum Initiative (SQI) des Bundes.
Das Institut für Sensorik und Elektronik bringt dabei gezielt seine Expertise in Elektronikentwicklung und Systemintegration ein und zeigt, wie Fachhochschulen dazu beitragen, neue Technologien in die Anwendung zu überführen.

Die drei bewilligten Projekte greifen unterschiedliche Aspekte der Quantentechnologie auf, verfolgen jedoch ein gemeinsames Ziel: den Schritt aus dem Labor in die Praxis.

Im Projekt «QUANTAS» wird die sichere Übertragung von Informationen mithilfe einzelner Lichtteilchen, sogenannter Photonen, untersucht. Dieser Ansatz gilt als besonders abhörsicher, weil jeder Lauschangriff physikalisch nachweisbare Spuren hinterlässt. Gemeinsam mit Partnern wie der Universität Genf wird ein System entwickelt, das Quantenkommunikation unter realistischen Bedingungen demonstriert: Eine Lichtquelle auf einer Drohne überträgt Signale zu einer Bodenstation, wo hochempfindliche supraleitende Detektoren die einzelnen Photonen empfangen.

Im Projekt wird insbesondere ein etabliertes Verfahren der Quanten-Schlüsselverteilung (QKD, BB84-Protokoll) demonstriert, bei dem kryptographische Schlüssel mithilfe quantenphysikalischer Effekte übertragen werden. Damit zeigt QUANTAS, wie sichere Kommunikation künftig auch ausserhalb klassischer Glasfasernetze umgesetzt werden kann.

Für die FHNW verantwortet Prof. Dr. Christoph Wildfeuer den Beitrag zur Demonstration freistrahlbasierter Quantenkommunikation. Er arbeitet dabei eng mit der Universität Genf (Boris Korzh und Nicolas Brunner), die das Projekt leitet, sowie dem Industriepartner RhySearch zusammen.

Viele quantenphysikalische Effekte funktionieren nur bei extrem tiefen Temperaturen, nahe dem absoluten Nullpunkt bei minus 273 Grad Celsius. Bereits kleinste Abweichungen können die Leistung eines Quantensystems beeinträchtigen. Im Projekt «METRIQ» wird deshalb eine Elektronikplattform entwickelt, die solche Temperaturen präzise und stabil messen kann – eine zentrale Voraussetzung für den zuverlässigen Betrieb von Quantencomputern und anderen kryogenen Systemen.

Besonders ist der Ansatz der Primärthermometrie: Die Temperaturmessung leitet sich direkt aus den physikalischen Eigenschaften des Sensors ab und ist damit weniger abhängig von aufwendigen Kalibrierungen. Ergänzt wird das durch Echtzeit-Auswertung sowie eine Lösung, die mehrere Messkanäle parallel erfassen kann und sich auf grössere Systeme erweitern lässt.

Für die FHNW ist Prof. Dr. Mathieu Coustans im Kernkonsortium vertreten. Das Institut für Sensorik und Elektronik entwickelt gemeinsam mit Basel Precision Instruments, einem Industriepartner im Bereich Präzisionselektronik, die Raumtemperatur-Elektronikplattform und arbeitet mit der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) an der Schnittstelle zur Ausleseelektronik für den Betrieb bei extrem tiefen Temperaturen (Cryo-CMOS). Weitere Partner sind unter anderem die Universität Basel.

In vielen Quantencomputern, insbesondere solchen, die auf sogenannten Ionenfallen basieren, werden Qubits mithilfe von Laserlicht vorbereitet, manipuliert und ausgelesen. Das erfordert extrem schnelle und präzise steuerbare Lichtmodulatoren. Im Projekt «Q-MODUS» werden miniaturisierte Bauteile auf Chips entwickelt, die genau diese Aufgabe übernehmen und gleichzeitig robust genug für den praktischen Einsatz sind.

Besonders ist, dass nicht nur der Chip selbst entwickelt wird, sondern von Anfang an auch die Einbindung in reale Systeme mitgedacht wird, etwa faseroptische Kopplung, thermische Stabilität und Kryo-Tauglichkeit. Diese Brücke vom Laborbaustein zum einsetzbaren Produkt ist entscheidend für die spätere Nutzung.

Für die FHNW ist ebenfalls Prof. Dr. Mathieu Coustans als Projektpartner eingebunden. Das Institut für Sensorik und Elektronik entwickelt kundenspezifische Treiber und übernimmt die Hochfrequenz-Charakterisierung der Module. Weitere Partner sind unter anderem Swiss PIC, EPFL, Miraex, PSI und ZuriQ.

Alle drei Projekte entstehen in enger Zusammenarbeit mit Partnern aus Forschung und Industrie - von Universitäten und ETH-Institutionen bis zu Schweizer Technologieunternehmen. Das Institut für Sensorik und Elektronik bringt dabei gezielt die Perspektive der Anwendung ein: Technologien nicht nur erforschen, sondern unter realen Bedingungen zum Funktionieren bringen. Die Beteiligung im Bridge Quantum Call zeigt, welche Rolle die FHNW in der Schweizer Quantenlandschaft spielt.