Forschungsspitzen in NRW: ML4Q bringt kluge Köpfe zusammen
Der Exzellenzcluster „Materie und Licht für Quanteninformation“ (ML4Q) lockt talentierte Köpfe aus der ganzen Welt nach NRW und stärkt die Region als Innovationszentrum für Quantencomputing.
Die Revolution in der Quantencomputing-Forschung ist voll im Gange, und der Exzellenzcluster ML4Q (Materie und Licht für Quanteninformation) spielt eine Schlüssel-
rolle bei dieser spannenden Entwicklung. Bestehend aus drei renommierten Universitäten – Köln, Bonn und Aachen – sowie dem Forschungszentrum Jülich, vereint ML4Q eine beeindruckende Expertise in Festkörperphysik, Quantenoptik und Quanteninformationstheorie.
Quantencomputing hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht, mit Prozessoren, die bereits einige hundert Qubits umfassen und das Potenzial einer disruptiven Technologie in ihrer Anfangsphase zeigen. Doch der Sprung zu Zehntausenden oder Millionen von Qubits für wirklich bahnbrechende Anwendungen bleibt eine Herausforderung. Genau hier setzt das wissenschaftliche Programm von ML4Q an: Wir entwickeln innovative Quantenalgorithmen, arbeiten an neuartigen Fehlerkorrekturkonzepten und verbessern die Hardware-Widerstandsfähigkeit, um den entscheidenden nächsten Schritt zu ermöglichen.
Der Cluster geht jedoch über reine Forschung hinaus und spielt eine entscheidende Rolle bei der Schaffung eines fruchtbaren, regionalen Forschungsumfelds. Die Schaffung von sechs neuen ML4Q-Professuren hat kluge Köpfe aus der ganzen Welt angezogen, darunter Experten von Branchenriesen wie Google und Amazon.
Hier sind Kurzprofile dieser herausragenden Neuankömmlinge, die mit ihrer Grundlagenforschung NRW zu einem bedeutenden Zentrum für Quantenforschung und -technologie entwickeln.
Oktober 2021 Prof. Dr. Erwann Bocquillon Frühere Position: CNRS-Forscher (« Chargé de recherche »), Laboratoire de Physique de l’ENS, Paris Fachgebiet: Quantentransport, Quantenelektronik, topologische Isolatoren Warum Köln? Um zu einem ehrgeizigen Forschungsprogramm in einer ausgezeichneten Umgebung beizutragen, aber auch bessere Arbeits- und Lebensbedingungen sowie eine bessere Work-Life-Balance zu finden. Beitrag zu ML4Q: Die Topologie in der kondensierten Materie hat einen neuen Ansatz für das Rechnen hervorgebracht, der natürlicherweise widerstandsfähiger gegenüber störenden Einflüssen ist, die Quanteninformationen beeinträchtigen können. Doch die Umsetzung dieser faszinierenden Konzepte in praktische Systeme ist äußerst herausfordernd. Wir erforschen eine vielversprechende Möglichkeit: die Erzeugung fliegender Majorana-Anregungen in speziellen Materialien namens quanten-anomale Hall-Isolatoren. Größte Herausforderung in der Zukunft des Quantencomputing: Die Kontrolle der quantenbedingten Dekohärenz ist eine der größten Herausforderungen beim Quantencomputing. Dabei könnte Topologie eine Lösung bieten. Als Experimentalphysiker interessiert mich auch, wie experimentelle Systeme wie Kryostate, Elektronik und Komponenten für Tausende und Abertausende von Qubits skaliert werden können. |
Januar 2022 Prof. Dr. David Luitz Professor für Theoretische Quanten-Vielteilchenphysik, Universität Bonn Frühere Position: Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden Fachgebiet: Quanten-Vielteilchenphysik, Nichtgleichgewichts-Quantenmechanik, Verschränkung und Quanteninformation Warum Bonn? Bonn ist ein ausgezeichneter Ort für meine Forschung. Als Exzellenzuniversität beherbergt sie viele herausragende Forschungsgruppen, mit denen ich gerne interagiere. Die Einbindung in die regionale Umgebung (insbesondere die anderen Standorte von ML4Q) bietet eine einzigartige Gelegenheit, neue Ideen zu generieren. Beitrag zu ML4Q: Ich möchte einerseits ein echtes Verständnis für Vielteilchensysteme von Quantencomputern vorantreiben, insbesondere deren Rauschprozesse, die ein wesentliches Hindernis für allgemeine Quantencomputing-Anwendungen darstellen. Andererseits interessiere ich mich sehr für die Anwendung von in naher Zukunft verfügbaren Quantencomputern für die Grundlagenforschung, insbesondere für die Untersuchung von quanten-vielteilchenphysikalischen Phänomenen, die beispielsweise in der kondensierten Materie, Licht-Materie-Systemen und der Quantenchemie relevant sind. Die Durchführung sogenannter digitaler Quantensimulationen ist ein Paradigmenwechsel in der Berechnungsphysik, den wir in Zukunft erreichen wollen. Größte Herausforderung: Den Beginn einer Professur nach vielen Jahren reiner Forschung zu erleben, ist aufregend und sicherlich eine echte Herausforderung. Im Wesentlichen muss man lernen, mit drei Jobs umzugehen, und alle Bälle in der Luft zu halten. Das ist nicht einfach, aber ich finde die Erfahrung auch sehr lohnend. |
November 2022 Prof. Dr. Mario Berta Frühere Position: Dozent am Department of Computing der Imperial College London und Senior Research Scientist am Amazon Web Services Center for Quantum Computing an der Caltech Fachgebiet: Quanteninformationstheorie und Quantenalgorithmen Warum Aachen? Weil mich das exzellente deutsche Hochschulsystem angezogen hat und ich die breite Expertise in Quantentechnologien an der RWTH Aachen zusammen mit dem ML4Q-Netzwerk als einzigartige Gelegenheit ansehe. Beitrag zu ML4Q: Ich freue mich darauf, meine Expertise aus der Informationstheorie und theoretischen Informatik einzubringen, um gemeinsam mit einer ausgezeichneten interdisziplinären Gruppe den Anwendungsbereich von Quantentechnologien zu erkunden. Größte Herausforderung in der Zukunft des Quantencomputing: Meines Erachtens besteht eine der größten Herausforderungen in der Skalierung von Architekturen zur Quantenfehlerkorrektur. Dies ist nämlich mit zusätzlichen Kosten für physische Qubits und einer verlangsamten Quantentaktgeschwindigkeit verbunden. |
April 2023 Prof. Dr. Silvia Pappalardi Professorin für Theoretische Physik, Universität zu Köln Frühere Position: Marie-Curie-Postdoc an der Ecole Normale Supérieure in Paris Fachgebiet: Dynamik von Vielteilchen-Quantensystemen, Quantenchaos und Verschränkungsdynamik Warum Köln? Köln ist einer der besten Orte der Welt für kondensierte Materie und Quantenphysik im Nichtgleichgewicht. Und ich liebe die Ironie der Stadtbewohner. Beitrag zu ML4Q: Quantenprozessoren sind Vielteilchensysteme und Quantenberechnungen können als nichtgleichgewichtige Quantenevolutionen betrachtet werden. Ich bringe meine Expertise im Bereich des Quantenchaos ein, um dazu beizutragen, das Potenzial und die Herausforderungen in der Physik von Quantencomputern zu verstehen. Größte Herausforderung in der Zukunft des Quantencomputing: Wissen, was man mit Quantencomputern anfangen soll. |
August 2023 Prof. Dr. Annika Kurzmann Professorin für Experimentalphysik, Universität zu Köln Frühere Position: Junior Principal Investigator, RTWH Aachen Universität Fachgebiet: 2D-Materialien, Quantenpunkte in Bilayer-Graphen, Einzelphotonen-Emitter, Quantenoptik Warum Köln? Die Universität zu Köln bietet mir die Möglichkeit, eine unabhängige Forschungsgruppe aufzubauen, mit starkem Rückhalt von Initiativen wie ML4Q und dem SFB1238. Beitrag zu ML4Q: Untersuchung der Kopplung von stationären und fliegenden Qubits für Quantennetzwerke in zweidimensionalen Materialien. Quantenpunkte in Bilayer-Graphen sind vielversprechende Bausteine als stationäre Qubits, bei denen kürzlich ultralange Spin-Valley-Lebensdauern an der ETH Zürich nachgewiesen wurden. Um verschiedene Qubits in einem Quantennetzwerk zu verbinden, werden wir Quantenpunkte in Bilayer-Graphen mit Einzelphotonen-Emittern in anderen zweidimensionalen Materialien koppeln. Größte Herausforderung in der Zukunft des Quantencomputing: Die Entdeckung eines Materialsystems, das alle erforderlichen Eigenschaften sowohl für einen Quantencomputer als auch für ein Netzwerk umfasst. |
Oktober 2023 Prof. Dr. Daqing Wang Professor für Experimentalphysik, Universität Bonn Frühere Position: Professor für Experimentalphysik, Universität Kassel Fachgebiet: Quantenoptik, Licht-Materie-Schnittstellen, Molekülphysik Warum Bonn? Bonn ist eine ausgezeichnete Universität mit einer starken Tradition in der Quantenoptik. Die Physik in Bonn hat kürzlich auch eine neue Generation junger Fakultätsmitglieder angezogen. Wir sehen, dass die Forschung unseres Teams gut in die lokalen und regionalen Forschungsinitiativen integriert werden kann. Beitrag zu ML4Q: Wir arbeiten an der Schnittstelle zwischen Quantenoptik, Festkörperphysik und Molekülphysik. Wir hoffen, molekulare Systeme so zu gestalten, dass sie zukünftige Komponenten für Quantencomputing werden. |
Cluster of Excellence ML4Q (Matter and Light for Quantum Computing)
Forschungsexpertise
- Festkörperphysik (Quantenmaterialien)
- Quantenoptik
- Device-Technologie
- Quanteninformation
Erforschte Computing-Plattformen
- supraleitende Qubits
- Rydberg-Qubits
- Spin-Qubits
- topologische Qubits
Innovation
- neuartige Fehlerkorrekturprotokolle
- verbesserte Hardware-Robustheit
- optische und elektronische Qubit-Connectivity