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Innovationsfelder

Quantentechnologien

Ein Sprung in die Zukunft der Technik

Quantentechnologie ist ein neues Gebiet der Technik, in dem Effekte der Quantenphysik in praktische Anwendungen mit Disruptionspotenzial umgesetzt werden. Indem einzelne Quanten kontrolliert und ihre Charakteristika genutzt werden, kann Quantentechnologie insbesondere in den Bereichen Quantensensorik, Quanteninformatik und Quantenkryptographie den Weg für zukünftige Technologien freimachen.

Quantentechnologien

Technik von Morgen

Quantentechnologien erschließen eine Welt voller neuer technischer Möglichkeiten. Diese Transformationstechnologien sind darauf ausgerichtet, sich mit den weltweit dringlichsten Trends wie Urbanisierung, Klimawandel und Demografie auseinanderzusetzen. Bosch engagiert sich in drei Bereichen, die besonderes Potenzial haben, nachhaltige Veränderungen herbeizuführen.

Quantensensoren werden zukünftige Sensoren signifikant verbessern und sind der Schlüssel um Boschs weltweite Marktführerschaft im Bereich der miniaturisierten Sensorprodukte auf Dauer aufrechtzuerhalten.

Quantencomputer und -algorithmen werden es Bosch ermöglichen, ganz andere Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln und völlig neue technische Horizonte zu erschließen.

Quantenkryptographie und insbesondere Quanten-Zufallszahlengeneratoren werden ein bedeutender Baustein für mehr Sicherheit im Internet der Dinge sein.

Fehler von unter 1 s

seit dem Urknall bei optischen Atomuhren

Quantensensorik

Quantensensoren bilden eine neue Klasse von Sensoren mit bahnbrechenden Vorteilen hinsichtlich Messempfindlichkeit, Messbereich und Robustheit. Ein Beispiel ist die derzeitige Entwicklung von Magnetometern auf Basis von Farbzentren in Diamant, die zu neuen Schnittstellen zwischen Mensch und Gehirn führen. Daneben werden auch kernmagnetische Resonanzeffekte in atomaren Dämpfen für die Entwicklung von Gyroskopen genutzt. Solche Quantengyroskope sind hundertmal driftstabiler als modernste MEMS-Gyroskope und werden dadurch eine vollständig inerte Navigation und eine verbesserte Sicherheit bei hochautonomem Fahren möglich machen.

Ein klassischer Rechenvorgang ist wie eine Solostimme – eine Abfolge reiner Töne. Ein Rechenvorgang eines Quantencomputers ist dagegen wie eine Symphonie – viele verschiedene Tonfolgen, die sich gegenseitig überlagern.

Aus: Seth Lloyd: „Programming the Universe“

Quanteninformatik und Quantensimulation

Wir verwenden einen Quantencomputer, um die Schrödingergleichung zu lösen, indem wir die Eigenschaften von Materialien oder Molekülen in einer Materialsimulation mit Quantenchemie berechnen. Auf diese Weise können wir neue und verbesserte funktionale Materialien entwickeln, z.B. für die Energiespeicherung, moderne Sensoren oder Funktionsbeschichtungen.

Quantum Computing kann auch Optimierungsprobleme lösen, die sowohl in vielen ingenieurtechnischen Aufgabenstellungen als auch in der Logistik (z. B. optimierte Verkehrsleitung), der Zeitplanung und mehr von grundlegender Bedeutung sind.

Quantum Computing eröffnet für Anwendungen der Künstlichen Intelligenz ganz neue, unerwartete Möglichkeiten. Sie werden die Rechengeschwindigkeit deutlich erhöhen, was wiederum die Komplexität in Verbindung mit Zeit und Stichproben verringern und die Fähigkeit zur Verallgemeinerung verbessern könnte.

Das Modellieren eines relativ einfach aufgebauten Moleküls wie Coffein würde einen klassischen Rechner mit 10 hoch 48 Bit erfordern; eine Zahl, die ungefähr der Menge von 10 % sämtlicher Atome unseres Planeten entspricht. Ein Quantenrechner erfordert im Gegensatz dazu gerade einmal ca. 160 Quantenbits (Qubits).

Abgewandelt nach “Quantum computing: the power to think outside the box”, Financial Times

Quantenkryptographie

Die Quantenkryptographie umfasst im Wesentlichen den Quantenschlüsselaustausch (Quantum Key Distribution, QKD) und die Quanten-Zufallszahlengeneratoren (Quantum Random Number Generator, QRNG). Beim QKD legen zwei Parteien einen gemeinsamen geheimen Schlüssel fest, der die Basis für eine sichere Datenübertragung ist. Zufallszahlen werden für die verschlüsselte Datenübertragung benötigt und können dazu verwendet werden, die Sicherheit von Kommunikationsnetzwerken im Internet der Dinge zu erhöhen. Bei der Entwicklung von QRNG-Systemen nutzen wir verschiedene Quanteneffekte, deren objektive Zufälligkeit durch physikalische Gesetze garantiert ist.

Partner bei Innovation

Wir verfolgen eine offene Innovationsstrategie und beteiligen uns hierfür gemeinsam mit führenden Forschern an einer Reihe von öffentlich finanzierten Projekten, die unter dem Dach des europäischen Quantum-Flagship-Programms und der deutschen Initiative zur Förderung der Quantentechnologie, QUTEGA, angesiedelt sind.

Zusammenfassung

Bosch investiert in die vielversprechendsten Technologien von morgen. Das disruptive Potenzial der Quantentechnologien wird Sensoren, Computer und Sicherheit, wie wir sie kennen, verändern.

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