Wirtschaft im Südwesten - Ausgabe 02/26 - Hochrhein-Bodensee

A sterix, Obelix, Miraculix, Cleanix – wer diese Namen hört, denkt unweiger- lich an das kleine gallische Dorf, an Zaubertrank, Wildschwein und denWiderstand gegen die Römer. In Freiburg aber findet man sie in den Laboren des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF. Dort haben Wissenschaftler Reaktoren nach den unbeug- samen Comic-Helden benannt, weil deren Form an Hinkelsteine erinnert. Obelix würde sie garantiert mögen. In diesen Reaktoren wach- sen hochreine Diamanten. Keine Edelsteine für exquisiten Schmuck, sondern hauchdünne, glasähnliche Werkstoffe für eine Technologie, die noch jung ist, aber als eine der großen Hoff- nungen der digitalen Zukunft gilt: diamantba- siertes Quantencomputing. Das Fraunhofer IAF gilt bei der Entwicklung als einer der führenden Akteure deutschlandweit. Neue Rechenwege Quantencomputer faszinieren, weil sie anders rechnen als alles, was wir kennen. Klassische Computer arbeiten mit Bits, die eindeutig entweder den Zustand 0 oder 1 annehmen. Quantencomputer nutzen dagegen Qubits, die dank quantenmechanischer Effekte meh- rere Zustände gleichzeitig annehmen können. Diese Überlagerung, Superposition genannt, und die sogenannte Verschränkung, bei der Qubits miteinander gekoppelt sind, eröffnen neue Rechenwege. Wichtig ist jedoch: Quan- tencomputer sind keine Universalrechner, die klassischen Computern generell überlegen wä- ren. Sie arbeiten nicht grundsätzlich schneller, sondern anders. „Die Vorstellung, dass Quan- tencomputer klassische Rechner einfach ab- lösen werden, ist falsch“, stellt Florentin Reiter klar, Geschäftsfeldleiter Quantensysteme am Fraunhofer IAF. Ihren Vorteil – den viel zitierten Quantenvorteil – spielen sie nur bei ganz be- stimmten Problemstellungen aus, etwa bei der Simulation von Molekülen oder bei hochkom- plexen Optimierungsaufgaben. Für Textverar- beitung oder Buchhaltung bleibe dagegen der klassische Rechner aus heutiger Sicht alter- nativlos. Weltweit verfolgen Forschung und In- dustrie unterschiedliche technischeWege, um Quantencomputer zu realisieren. Supraleitende Qubits, wie sie etwa von IBM genutzt werden, benötigen aufwendige Kühlung bis knapp run- ter zum absoluten Nullpunkt. Ionenfallen, Sili- zium‑Quantenpunkte oder neutrale Atome ha- ben auch ihre Stärken – und Schwächen. Einen klaren Sieger gibt es bislang nicht, denn keine Plattform ist heute schon fehlerarm und groß genug für den industriellen Einsatz. Genau in dieser offenen Situation liegt die Chance des diamantbasierten Quantencomputings. Wenn Defekte gewollt sind Am IAF stehen dabei nicht die Diamanten an sich imMittelpunkt, sondern winzige Defekte in ihrem Kristallgitter: Stickstoff‑Vakanz‑Zentren, sogenannte NV‑Zentren. „Dazu werden zwei Kohlenstoffatome durch ein Stickstoffatom er- setzt, wodurch eine Leerstelle im Kristallgitter des Diamanten entsteht, in die ein freies Elekt- ron rutscht“, erklärt Rebekka Eberle, Leiterin der Gruppe Quantensystem Engineering. Dieser gezielte Fehler macht den Diamanten quanten- mechanisch interessant, denn das NV‑Zentrum kann als Qubit genutzt und über Laser ausge- lesen werden. „Den Diamanten selbst braucht man eigentlich nicht, sondern das NV‑Zentrum im Diamanten. Der Diamant ist aber das ideale Zuhause dafür“, sagt Eberle. Er ist stabil, trans- parent, hervorragend wärmeleitfähig und ein Festkörper. Alles, was einmal eingebracht ist, bleibt genau dort. Ein entscheidender Vorteil der diamantbasier- ten Quantensysteme: Sie funktionieren grund- sätzlich bei Raumtemperatur, während andere Quantencomputer ganze Räume füllen, weil sie extreme Kühlung benötigen. Das erlaubt kom- pakte Bauformen, die eher an ein klassisches Server‑Rack erinnern als an ein Kryolabor. Die- ses Argument gewinnt an Bedeutung, je stär- ker Quanten- und klassische Rechner künftig zusammenarbeiten. Am IAF steht bereits ein solcher Quantencomputer eines australisch- deutschen Start-ups, das am Freiburger Institut beheimatet ist. Auf diesem können Projektpart- ner und Kunden ihre Algorithmen testen. Per- fekt ist er nicht – kein heutiger Quantencom- puter ist es. Doch über spezielle Algorithmen lassen sich Fehler charakterisieren und kom- pensieren. Auch daran forschen die Freiburger Wissenschaftler intensiv, so Eberle. Synthetische Diamanten: In den Reaktoren im Fraunhofer IAF wachsen die synthetischen Diamanten für Quantencomputing – etwa einen Mikrometer, also ein Millionstes eines Meters, pro Stunde. Fotos: Jigal Fichtner; Fraunhofer IAF Wirtschaft im Südwesten 2/2026 17