An einer ESA-Raumsonde auf dem Weg zu den Eismonden des Jupiter misst ein Quantensensor aus Graz die schwächsten Magnetfelder des äusseren Sonnensystems. Es ist der sichtbarste Beleg dafür, dass die TU Graz in der Quantentechnologie mehr zu bieten hat als Grundlagenforschung: gebaute, geflogene, funktionierende Geräte. Die Förderprogramme Quantum Austria und MUSICA bauen diese Position bis 2030 systematisch aus.
- Quantum Austria stellt bis 2026 über 107 Mio. Euro für Quantenforschung und -technologie bereit
- TU Graz erhielt in der ersten Förderrunde zwei bewilligte Projekte - optischer 3D-Quantensensor und Superoszillationen
- Grazer Quantensensor CDSM auf ESA-Mission JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) seit 2023 erfolgreich in Betrieb
- Institute of Theoretical and Computational Physics unter Leitung von Enrico Arrigoni forscht an quantenvielkörperphysikalischen Systemen
- MUSICA-Infrastrukturprojekt mit 20 Mio. Euro Budget koppelt Höchstleistungsrechner mit Quantencomputern
- Joanneum Research ergänzt mit OptoQuant-Patent und skalierbaren Quantenprozessor-Plattformen
Der JUICE-Magnetometer - steirische Quantenphysik im All
Im April 2023 startete die ESA-Mission JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) zu den Jupitermonden. An Bord: ein Magnetometer, dessen Herzstück der in Graz entwickelte Coupled Dark State Magnetometer (CDSM) ist - ein rein optischer Quantensensor, der winzige Magnetfelder mit hoher Präzision messen kann. Entwickelt wurde das Gerät von Roland Lammegger am Institut für Experimentalphysik der TU Graz in Kooperation mit dem Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz.
Im Mai 2023 wurde das Magnetometer im Weltraum erfolgreich in Betrieb genommen. Der Sensor nutzt den Zeeman-Effekt an Rubidium-Atomen: Das Magnetfeld spaltet die Energieniveaus der Elektronen auf, und diese Aufspaltung lässt sich optisch präzise ausmessen. Seit der JUICE-Mission haben Lammegger und sein Kollege Christoph Amtmann die Technologie weiterentwickelt: Die neue Variante kann auch die Richtung eines Magnetfelds bestimmen - eine Fähigkeit, die rein optische Magnetometer bislang nicht hatten.
Das Gerät ist damit ein seltenes Beispiel für Quantenphysik, die nicht im Labor endet, sondern in einer fliegenden Mission steht. Im Vergleich zu Projekten, die erst in der frühen Machbarkeitsphase sind, liefert Graz hier flugerprobte Hardware.
Quantum Austria - die Förderpipeline
Die Bundesregierung stellt über den EU-Aufbau- und Resilienzfonds 107 Millionen Euro für Quantenforschung, Quantentechnologien und Höchstleistungsrechnen der nächsten Generation bereit. Das Programm Quantum Austria zielt darauf, das österreichische Quantenökosystem bis 2026 deutlich zu stärken. In der ersten Förderrunde wurden österreichweit zehn Universitätsprojekte gefördert, das FWF-Gesamtvolumen lag bei 3,1 Millionen Euro.
Die TU Graz erhielt in dieser ersten Runde zwei Förderzuschläge. Projekt eins - geleitet von Roland Lammegger - baut den Nachweis eines optischen 3D-Quantensensors für Magnetfelder auf Basis der Coherent-Population-Trapping-Technologie auf. Anwendungsziel: Magnetometrie für Erdmagnetfeld-Messungen und Weltraumforschung. Projekt zwei unter Peter Schlosser (Institut für Angewandte Mathematik) beschäftigt sich mit Superoszillationen und ihrer Zeitentwicklung - also quantenmechanischen Teilchen mit superoszillierenden Wellenfunktionen. Schlosser ist Schrödinger-Stipendiat und forscht derzeit an Stationen in Mailand und Kalifornien.
MUSICA - die Brücke zwischen Quantencomputer und Supercomputer
Parallel zu den FWF-Projekten fördert die FFG das Infrastrukturvorhaben MUSICA mit 20 Millionen Euro. Federführend ist der Vienna Scientific Cluster (VSC), die TU Graz ist mitbeteiligter Partner. Ziel ist eine Forschungsinfrastruktur im Bereich High Performance Computing, die später mit Quantencomputern gekoppelt werden kann.
Damit verfolgt Österreich eine international diskutierte Strategie: Quantencomputer werden nicht als eigenständige Maschinen gebaut, sondern als Beschleuniger in klassischen Rechenzentren integriert. Das ist für viele wirtschaftliche Anwendungen der wahrscheinlichere Pfad - etwa bei Optimierungsproblemen in der Logistik oder Chemiesimulationen.
Horst Bischof, Vizerektor für Forschung an der TU Graz, ordnet den Schritt so ein: "In der Quantenforschung zeichnen sich enorme Innovationssprünge ab. Die gezielte Unterstützung Österreichs ist deshalb entscheidend." Die vollständige Ankündigung findet sich bei der TU Graz.
Das Institute of Theoretical and Computational Physics
Das theoretische Rückgrat der Grazer Quantenforschung bildet das Institute of Theoretical and Computational Physics (ITPCP) in der Petersgasse 16. Die Einheit Quantum Many-Body Physics unter Leitung von Enrico Arrigoni, Full Professor seit 2003, erforscht stark korrelierte Elektronen, Nichtgleichgewichtssysteme und numerische Methoden für Vielteilchenprobleme. Die Gruppe ist international sichtbar über zahlreiche Publikationen in Physical Review Letters und Nature Communications.
Ergänzend dazu betreiben Christoph Heil und Andreas Hauser am Institut für Experimentalphysik Arbeiten zur Computational Material Science und zu ultrakalten Quantenspezies. Die Heil Group verwendet Dichtefunktionaltheorie-Methoden, um Materialien auf atomarer Ebene zu simulieren - eine Grundlage unter anderem für das Design neuer Supraleiter.
| Arbeitsgruppe / Person | Institut | Forschungsschwerpunkt |
|---|---|---|
| Roland Lammegger | Institut für Experimentalphysik | Optische 3D-Quantensensoren, Magnetometrie |
| Enrico Arrigoni (ITPCP) | Theoretical and Computational Physics | Quantenvielkörperphysik, stark korrelierte Systeme |
| Peter Schlosser | Institut für Angewandte Mathematik | Superoszillationen, mathematische Quantenmechanik |
| Christoph Heil (Heil Group) | ITPCP | Computational Material Design, Supraleiter |
| Andreas Hauser | Institut für Experimentalphysik | Ultrakalte Quantenspezies, theoretische Quantenchemie |
Joanneum Research - der Industriepfad
Neben der universitären Forschung arbeitet auch Joanneum Research an Quantentechnologie-Anwendungen. Das OptoQuant-Patent des Instituts MATERIALS kombiniert Mikrooptik mit Quantentechnik und zielt auf skalierbare Quantenprozessor-Plattformen ab. Das ist industrienaher als die Grundlagenforschung an der TU Graz und adressiert die Frage, wie künftige Quantencomputer in bestehende Chip-Fertigungsprozesse integriert werden können.
Österreich ist im Bereich Quantentechnologie international führend - allerdings nicht an einem einzelnen Standort. Die Spitze liegt bei Alpine Quantum Technologies (AQT) in Innsbruck und ParityQC in Innsbruck/München. Graz ergänzt dieses Ökosystem durch Sensorik, Theorie und Material-Know-how.
Einordnung im österreichischen Ökosystem
Österreich gilt international als einer der führenden Quantentechnologie-Standorte. Das Herz der Szene sitzt in Innsbruck - mit dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der ÖAW, dem Unternehmen Alpine Quantum Technologies (AQT), das kommerzielle Ionenfallen-Quantencomputer baut, und dem Software-Spezialisten ParityQC. Wien und Innsbruck sind weitere Schwerpunkte mit Gruppen um Anton Zeilinger (Universität Wien) und Rainer Blatt (Innsbruck).
Graz positioniert sich in diesem Ökosystem nicht als Quantencomputer-Hersteller, sondern als Spezialist für Quantensensorik, Vielkörpertheorie und industrienahe Hybridintegration. Diese Rollenverteilung macht die TU Graz für deutsche und europäische Forschungskonsortien zu einem begehrten Partner.
Kommerzielle Produkte aus Grazer Quantenforschung sind bislang selten. Der CDSM-Sensor auf JUICE ist eine wissenschaftliche Anwendung, kein Massenprodukt. Der Übergang von Grundlagenforschung zu industrieller Serie wird in Europa insgesamt erst aufgebaut.
Ausbildung und Nachwuchs
Die TU Graz bietet seit mehreren Jahren einen Masterstudiengang "Technical Physics" mit Vertiefung in Quantenphysik und Computational Physics. Auf Doktoratsebene koordiniert das Doktoratsprogramm DK-Solids4Fun Arbeiten zu funktionellen Festkörpern mit Quantenkomponente. Die Universität Graz - organisatorisch unabhängig von der TU Graz - ergänzt das Spektrum über den Fachbereich Theoretische Physik am Institut für Physik.
Quellen
- TU Graz: Quantum Austria - Förderzuschlag für zwei Projekte
- TU Graz: JUICE-Magnetometer im Weltraum erfolgreich in Betrieb genommen
- FFG: Quantum Austria - Förderprogramm und Rahmenbedingungen
- TU Graz ITPCP: Forschungsgruppe Quantum Many-Body Physics
- Invest in Austria: Quantentechnologie-Ökosystem Österreich
