Am 22. Mai 2025 besuchte Preeti V. Shah, Generalkonsulin im US-Konsulat Düsseldorf, die Universität Paderborn und erhielt wertvolle Einblicke in die Fortschritte der Quantenforschung. In Zusammenarbeit mit Universität Paderborn wurden Präsentationen von Prof. Dr. Christine Silberhorn und Prof. Dr. Matthias Bauer organisiert, die die beeindruckenden Entwicklungen im Bereich photonischer Quantencomputing beleuchteten.
Die Delegation hatte die Gelegenheit, den Neubau des „Photonic Quantum Systems Laboratory“ (PhoQS Lab) zu besichtigen. Hier haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität einen bedeutenden Quantencomputer entwickelt: den „Paderborn Quantum Sampler“ (PaQS), der auf dem Konzept des Gaussian-Boson-Sampling (GBS) basiert. Mit einer Förderhöhe von rund 50 Millionen Euro vereint das Projekt 13 Partner aus Wissenschaft und Industrie und stellt eine Schlüsselinitiative dar, um Deutschland im internationalen Wettbewerb um photonisches Quantencomputing an die Spitze zu bringen.
Innovationskraft und internationale Kooperationen
Shah zeigte sich sichtlich beeindruckt von der Innovationskraft der Universität Paderborn. Sie betonte auch die Bedeutung internationaler Kooperationen für den wissenschaftlichen Fortschritt. Diese Beziehungen erstrecken sich über mehrere Hochschulen und Wissenschaftseinrichtungen in den USA, was der Universität Paderborn eine wertvolle Perspektive im globalen Kontext der Forschung ermöglicht.
Das PhoQS Lab bietet optimale Bedingungen für die Quantenforschung. Der 1.000 Quadratmeter große Reinraumbereich, welcher vom Wissenschaftsrat mit der Bestnote „herausragend“ bewertet wurde, gewährleistet eine extrem saubere Umgebung. Hier wird die Kontrolle von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Partikelfreiheit präzise umgesetzt, was für die anspruchsvolle Quantenforschung unerlässlich ist.
Technologische Entwicklungen im Fokus
Das Konzept des Gaussian-Boson-Sampling, zentral für die Arbeiten im PhoQS Lab, beschreibt einen speziellen Ansatz der photonischen Quantenberechnung. Bei GBS erfolgt die Vorbereitung eines multi-modalen Gaussian-Zustands und die anschließende Messung im Fock-Basis. Dieses Verfahren hat das Potenzial, Aufgaben zu lösen, die für klassische Computer nicht in polynomialer Zeit simulierbar sind, wie Anwendungen in der Quantenchemie, Graphoptimierung oder Molekulardocking. Laut Strawberry Fields zielt GBS darauf ab, die einzigartige Rechenleistung des Modells für nützliche Anwendungen auszuschöpfen.
Die neueste Entwicklung der Paderborner Forscher umfasst auch innovative Ansätze zur Nutzung von „gequetschtem Licht“ als Quantenressource für die Algorithmen des Gaußschen Boson Samplings. Diese Technologie ermöglicht eine Vielzahl von Algorithmen, die dank einer einfach zu bedienenden Anwendungsschicht mit wenigen Codezeilen implementiert werden können. Dies ist besonders bemerkenswert, da die Programmierung der GBS-Geräte und die Verarbeitung der Ergebnisse semiautomatisch durch integrierte Funktionen erfolgen.
Ausblick auf die Zukunft
Die Universität Paderborn hat mit dem PaQS nicht nur Europas größten Sampling-basierten Quantencomputer realisiert, sondern auch einen entscheidenden Schritt in der Entwicklung lichtbasierter Quantentechnologien gewagt. Zielgruppen sind nicht nur die Grundlagenforschung, sondern auch Anwendungen in der Energiewende und abhörsicheren Kommunikation. Das Team will die Systeme weiterentwickeln, um komplexere Berechnungen zu ermöglichen und zukünftige Geräte zu untersuchen.
Abschließend ist festzustellen, dass die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten und die Entwicklung photonischer Quantencomputer nicht nur technologisch, sondern auch gesellschaftlich von großer Bedeutung sind. Die Universität Paderborn trägt maßgeblich dazu bei, Deutschland im Bereich des Quantencomputings zu positionieren und eröffnet neue Perspektiven für eine Vielzahl von Anwendungen.
