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In der Schwerpunktstudie »Quantentechnologien und Quanten-Ökosysteme« untersucht ein Autor:innen-Team des Fraunhofer ISI die Potenziale, Forschungsaktivitäten sowie die Innovationspolitik in den Quantentechnologien. Dazu wurden die Technologiefelder Quantensensorik, Quantenkommunikation und Quantencomputing analysiert, Innovationsstrategien im internationalen Vergleich untersucht und politische Handlungsempfehlungen für Deutschland abgeleitet. Die Studie entstand im Auftrag der Expertenkommission Forschung und Innovation (EFI) und die Ergebnisse flossen in das EFI-Jahresgutachten ein, das am 26. Februar an Bundeskanzler Olaf Scholz übergeben wurde.
Quantentechnologien haben sich in den letzten Jahren stetig weiterentwickelt und auch in Deutschland gibt es, wie in vielen anderen Ländern, ein großes Interesse an der möglichen industriellen Nutzung. Insgesamt ruhen große Hoffnungen auf den wirtschaftlichen Potenzialen von Quantentechnologien – es bleiben aber ebenso große Unsicherheiten, da die technologische Entwicklung meist noch in den Anfängen steckt.
Ein Ziel der Studie »Quantentechnologien und Quanten-Ökosysteme« ist, die Innovationspotenziale von Quantentechnologien für zentrale Anwendungsbereiche in Wirtschaft und Gesellschaft aufzuzeigen und gleichzeitig damit einhergehende Chancen, Risiken und Herausforderungen für die deutsche F&I-Politik zu benennen. Aus den hierbei gewonnenen Erkenntnissen leitet die Studie politische Handlungsempfehlungen ab.
Chancen und Herausforderungen der drei Quantentechnologiefelder
Die Studie beschreibt zunächst den technologischen Stand und künftige Herausforderungen in den drei Quantentechnologiefeldern:
So nutzt etwa die Quantensensorik und -metrologie Quantensysteme zur präzisen Messung physikalischer Größen. Einige Technologien wie zum Beispiel Atomuhren, Magnetfeldsensoren oder optische Sensoren sind zum Teil bereits etabliert und bieten durch ihre höhere Messgenauigkeit bedeutende Vorteile, die künftig etwa in der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden könnten. Andere Technologien wie optische Quantenverfahren sind noch in einem frühen Forschungsstadium. Herausforderungen bestehen in der Miniaturisierung, Anwenderfreundlichkeit, Robustheit und Kostensenkung dieser Technologien.
Ein weiteres Technologiefeld ist die Quantenkommunikation und -kryptografie, die Quanteneigenschaften für sichere Kommunikation mittels Technologien wie Quantenzufallszahlengeneratoren (QRNGs), der Quantenschlüsselverteilung (QKD) und Quantenrepeatern nutzt. QRNGs erzeugen zum Beispiel zufällige Zahlen für die Kryptographie, während QKD einen sicheren Schlüsselaustausch ermöglicht, der Abhörversuche erkennt.
Quantencomputing ist das dritte im Rahmen der Studie betrachtete Technologiefeld. Hier werden quantenmechanische Prinzipien genutzt, um etwa komplexe Berechnungen für Anwendungen in Kryptographie, Optimierung in der Logistik, Simulationen in der Materialforschung oder maschinellem Lernen zu ermöglichen. Trotz der potenziellen Vorteile schränken Herausforderungen wie Fehlerkorrektur, Skalierbarkeit und hohe Entwicklungskosten den industriellen Einsatz aktuell ein. Fehlertolerante Quantencomputer, die einen echten Vorteil gegenüber Supercomputern bieten, werden erst in 20-30 Jahren erwartet. Die Entwicklung erfordert große Investitionen, viel Zusammenarbeit und Forschung. Hybride Systeme könnten als Übergangslösung dienen.
Wo stehen Deutschland und Europa bei Quantentechnologien?
Um sich ein Bild davon zu machen, wo Deutschland und Europa international bei den unterschiedlichen Quantentechnologien rangieren, analysierten die Studien-Autor:innen Publikationen sowie Patentanmeldungen zum Thema und identifizierten im Bereich aktive Firmen.
Bei den Publikationen, deren Gesamtzahl im Vergleich zu anderen Forschungsfeldern noch gering ist, dominiert das Thema Quantencomputing. Bezogen auf alle drei Technologiefelder liegen China, die USA und Europa weltweit vorne. China dominiert bei der Quantenkommunikation und -sensorik, die westlichen Akteure sind aber in Punkto Sichtbarkeit der Publikationen in allen Bereichen führend. Auch Deutschland nimmt eine starke Rolle in der Quantentechnologieforschung ein, besonders im europäischen Kontext.
Bei den Patentanmeldungen als Gradmesser der technologischen Wettbewerbsfähigkeit gibt es ab 2012 beim Quantencomputing einen signifikanten Anstieg bei transnationalen Patentanmeldungen. Die USA sind hier führend, gefolgt von der EU und China. Pro Kopf hat die Schweiz die höchste Patentintensität. Deutschlands Patentmeldungen sind ausgeglichen nach Technologiefeldern mit Schwerpunkten im Quantencomputing und der Quantenkommunikation, zudem ist die internationale Kooperationsrate sehr hoch.
Was Firmen anbelangt, identifizierte die Studie weltweit 473 Unternehmen im Quantencomputing, 22 in der Quantensensorik sowie 86 in der Quantenkommunikation. Die meisten Unternehmen stammen aus den USA (mit Schwerpunkt Quantencomputing) oder China (mit Fokus auf Quantenkommunikation).
Bei den Startups sind die meisten im Quantencomputing angesiedelt, 18 stammen aus Deutschland – es handelt sich dabei meist um Spin-Offs aus Forschungseinrichtungen oder Hochschulen.
Gezielte Strategien und Förderung
Dr. Thomas Schmaltz, der am Fraunhofer ISI das Geschäftsfeld Industrielle Technologien leitet und mit acht Kolleg:innen die EFI-Studie erstellte, verweist auf die große Bedeutung politischer Maßnahmen, um international bei den Quantentechnologien nicht den Anschluss zu verlieren: »Viele Länder, darunter Deutschland, die USA und China, haben nationale Quantenstrategien entwickelt, um hier Forschung und Innovationen gezielt zu fördern. Die globalen staatlichen Investitionen belaufen sich auf über 40 Milliarden US-Dollar, mit dem Ziel, wissenschaftliche Exzellenz, industrielle Anwendungen und die internationale Wettbewerbsfähigkeit zu stärken. Internationale Kooperation und die Ausbildung von Fachkräften sind besonders relevant. Länder ohne derartige Strategien riskieren, technologisch und wirtschaftlich ins Hintertreffen zu geraten.«
Aus den Erkenntnissen der Studie haben die Autor:innen Handlungsempfehlungen für die Politik abgeleitet, die dazu beitragen sollen, dass Deutschland in den Quantentechnologien künftig eine führende Rolle spielen kann. Diese sehen etwa eine langfristige öffentliche Förderung, strategische Rahmenbedingungen und Finanzierung vor, um international wettbewerbsfähig zu bleiben. Der Abbau bürokratischer Hürden, die Unterstützung von Start-ups mit technischer Infrastruktur und Risikokapital sowie die Förderung von Softwareentwicklung und Fachkräften sind ebenfalls essenziell. So lassen sich das Innovationspotenzial ausschöpfen und neue High-Tech-Märkte erschließen.
Dr. Thomas Schmaltz
Fraunhofer ISI
Leiter des Geschäftsfelds Industrielle Technologien
Telefon +49 721 6809-239
E-Mail: thomas.schmaltz@isi.fraunhofer.de
Download der Studie »Quantentechnologien und Quanten-Ökosysteme«: https://www.e-fi.de/fileadmin/Assets/Studien/2025/StuDIS_07_2025_.pdf
http://Weitere Quanten-Projekte des Fraunhofer ISI
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http://- Projekt: Quantum Ecosystem Deutschland (Q.E.D.) https://www.isi.fraunhofer.de/de/competence-center/regionale-transformation-inno...
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
Informationstechnik, Politik, Wirtschaft
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsergebnisse
Deutsch
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