Spotlight auf Quantum Futures

Die renommierte Rackham Graduate School der University of Michigan bildete heute den Rahmen für die diesjährige Ausgabe des Q-PIC-Workshops – Quantum Information: Open Problems, Impact, and Challenges –, der im Rahmen des IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT) stattfand. Der Workshop wurde von Arun Padakandla (University of Tennessee), Janis Nötzel (TU München), Christian Deppe (TU Braunschweig) und Boulat Bash (University of Arizona) organisiert und zog ein vielfältiges Publikum aus Quantenphysiker:innen, Informationstheoretiker:innen und Ingenieur:innen aus Wissenschaft und Industrie an. Ziel des Q-PIC-Workshops war es, die neuesten Entwicklungen im schnell wachsenden Bereich der Quanteninformation zu beleuchten: einer Disziplin, die unser Verständnis von Rechnen, Kommunikation und Sicherheit kontinuierlich neu definiert. In den vergangenen Jahrzehnten haben bahnbrechende Entdeckungen gezeigt, dass sich die eigentümlichen Eigenschaften quantenmechanischer Systeme – wie Superposition, Verschränkung und Nichtlokalität – nutzen lassen, um Verarbeitungskapazitäten zu erzielen, die klassische Systeme weit übersteigen. Quantentechnologien stehen damit kurz davor, Branchen von sicherer Kommunikation bis hin zu Sensorik grundlegend zu revolutionieren.

Der Workshop wurde mit einer inspirierenden Keynote von Prof. Saikat Guha (University of Maryland) eröffnet, einem führenden Experten auf dem Gebiet. Er gab einen umfassenden Überblick über die Grundlagen der Quanteninformation sowie über die wichtigsten ungelösten Fragestellungen, die die aktuelle Forschung antreiben. Sein Vortrag setzte den Ton für den Tag und hob die interdisziplinäre Natur des Feldes sowie die Notwendigkeit fortgesetzter Zusammenarbeit von Theoretiker:innen, Experimentator:innen und Systementwickler:innen hervor.

Im Anschluss präsentierte M.Sc. Pau Colomer (TU München) einen detaillierten Vortrag zum Thema Quantenidentifikation – einem aufstrebenden Forschungsgebiet, das sich mit der zuverlässigen und sicheren Erkennung von Informationen in quantenmechanischen Umgebungen befasst. Sein Fokus lag dabei auf deterministischen Identifikationsprotokollen und deren praktischer Umsetzbarkeit trotz quantenbedingter Unsicherheiten und Rauschen.

Ein dynamisches Highlight war die sogenannte Poster Lightning Session, in der dreizehn ausgewählte Forschende ihre Poster jeweils in 30 Sekunden kurz vorstellten. Dieses schnelle Format ermöglichte einen kompakten Überblick über eine breite Palette aktueller Forschungsthemen und bereitete die Teilnehmenden auf die anschließende ausführliche Postersession vor. Die Session förderte einen lebhaften Austausch und bot sowohl Nachwuchsforschenden als auch erfahrenen Expert:innen Gelegenheit zu Vernetzung und Diskussion.

M.Sc. Nilesh Kumar führte in das Konzept der Quantum Physical Unclonable Functions (QPUFs) ein. Er präsentierte einen informationstheoretischen Rahmen zur Analyse von QPUFs, die zukünftig eine entscheidende Rolle bei sicheren Hardware-Authentifikationsprotokollen spielen könnten. Sein Vortrag zeigte, wie quantenmechanische Zufälligkeit und physikalische Einzigartigkeit kombiniert werden können, um robuste und nicht klonbare Identifikatoren zu erzeugen.

Das Nachmittagsprogramm umfasste eine Reihe eingeladener Vorträge aus Wissenschaft und Industrie. Dr. Gregor Pieplow (Humboldt-Universität zu Berlin), Mitglied des Siegerteams der German Quantum Communication Grand Challenge, sprach über Secure Quantum Token Processing und diskutierte praktische Umsetzungen sicherer tokenbasierter Systeme in Quantenumgebungen. Sein Beitrag verdeutlichte, wie theoretische Konzepte zunehmend Einfluss auf reale Anwendungen gewinnen.

Es folgte Prof. Robert Calderbank (Duke University), Träger des renommierten Shannon Award von 2015, mit einem Vortrag über räumlich gekoppelte Quantum Low-Density Parity-Check (QLDPC)-Codes, die eine Schlüsselrolle beim Aufbau fehlertoleranter Quantennetzwerke spielen. Calderbanks Expertise im Bereich der Codierungstheorie zog großes Interesse auf sich und regte eine lebhafte Diskussion über die Machbarkeit skalierbarer Quantenfehlerkorrektur an.

In seinem geistreich anregenden Vortrag „Feynman Meets Turing: Uncomputability of Quantum Gate-Circuit Emulation“ untersuchte Prof. Holger Boche (TU München), Träger des Gottfried Wilhelm Leibniz-Preises 2008, die fundamentalen Grenzen der algorithmischen Nachbildung quantenmechanischer Gatesysteme. Dabei beleuchtete er die Schnittstelle zwischen klassischer und quantenmechanischer Berechenbarkeit und zeigte tiefe Verbindungen zwischen Physik und Berechnungstheorie auf.

Ein Ausblick auf die industrielle Perspektive wurde durch Dr. Marc Geitz (T-Labs, Deutsche Telekom) gegeben, der seine Vision des Quanteninternet vorstellte. Er erläuterte die architektonischen und technologischen Meilensteine für den Aufbau einer skalierbaren und sicheren Quantenkommunikationsinfrastruktur, einschließlich der Verteilung von Verschränkungsnetzwerken und Quantenrepeatern.

Dr. Mehdi Namazi, Mitgründer des Start-ups Qunnect aus New York City, berichtete über Fortschritte bei der Verteilung von Verschränkungen in städtischen Umgebungen mit Fokus auf Einsätze in New York. Sein Vortrag gab einen Einblick, wie Quantentechnologien zunehmend über Laborprototypen hinaus in reale Infrastrukturen integriert werden.

Abschließend rundete eine lebhafte und nachdenklich stimmende Podiumsdiskussion den Workshop ab, in der mehrere Vortragende die aktuellen Herausforderungen und Zukunftsperspektiven der Quantenforschung reflektierten. Die Diskussionsteilnehmenden betonten die Bedeutung interdisziplinärer Zusammenarbeit, solider theoretischer Grundlagen sowie öffentlich-privater Partnerschaften für die Weiterentwicklung des Forschungsfeldes.

Mit seiner ausgewogenen Mischung aus Grundlagenforschung, praxisnahen Einblicken und zukunftsweisender Vision festigte der Q-PIC-Workshop 2025 seinen Ruf als wichtiges Forum für Austausch und Innovation in der Quanteninformation. Angesichts des raschen Fortschritts hin zur praktischen Anwendung spielen Veranstaltungen wie Q-PIC eine zentrale Rolle bei der Gestaltung der Zukunft dieser wegweisenden Technologie.

Autor: © Christian Deppe