„Europa sollte bei Quantenprozessoren nicht wieder in strategische Abhängigkeit geraten“
Peak Quantum ist ein 2024 gegründetes Spin-off des Walther-Meißner-Instituts (WMI) und der TU München. Das Team entwickelt und fertigt Quantenprozessoren, bei denen Fehlerresistenz eine physikalische Eigenschaft der Hardware ist. Der initiale Aufwand ist zwar höher als eine nachträgliche Fehlerkorrektur per Software, doch spätestens bei der Skalierung auf immer mehr Qubits soll er sich auszahlen. Peak Quantum hat Kernkompetenzen im Chipdesign, in der Nanofabrikation und Systemintegration und kann auf gut 5 Mio. Euro Wachstumsfinanzierung aus Risikokapital und öffentlichen Fördermitteln aufbauen. Neuerdings ist das Startup zentraler Betreiber der SUPREME-Pilotlinie im Rahmen des EU Chips Acts. Im Interview spricht Chief Operating Officer (COO) Dr. Thomas Luschmann über die Technologie, die Startbedingungen sowie die weiteren Pläne des jungen Unternehmens.
Herr Dr. Thomas Luschmann, möchten Sie uns Peak Quantum kurz vorstellen?
Dr. Thomas Luschmann: Wir sind ein Quantencomputing-Startup aus München und eine Ausgründung der Technischen Universität München und des Walther-Meißner-Instituts, das zur Bayerischen Akademie der Wissenschaften gehört. Wir stellen Quantenprozessoren auf Basis supraleitender Schaltkreise her – also Chips, denen hochkomplexe Schichtaufbauten aus supraleitenden Metallen auf Siliziumwafern zugrunde liegen. Bevor wir 2024 gegründet haben, hatten wir jahrelang an verschiedenen Qubit-Typen, deren Herstellung im Reinraum sowie an der optimalen Prozessführung geforscht. Unser Ziel ist es, eine neue Architektur für Qubits zu kommerzialisieren. Wir agieren dabei bewusst abseits der Ansätze, die aktuell im Mainstream liegen. Die Gründungsvorbereitungen inklusive Klärung der Schutzrechte haben schon Anfang 2023 begonnen. Mittlerweile sind wir 13 Leute und wachsen stark. Wir haben Anfang des Jahres eine Finanzierungsrunde abgeschlossen und können nun auf insgesamt über 5 Mio. Euro Risikokapital und öffentliche Förderung aufbauen.
Was hat es mit Ihrer Architektur für fehlerresistente Quantenprozessoren auf sich?
Luschmann: Wir vertreten nach jahrelanger Qubit-Forschung die These, dass die gängigen Architekturen mit supraleitenden Transmon-Qubits für die Skalierung zu fehleranfällig sind. Wir haben selbst lange an deren Optimierung gearbeitet und wissen um die Probleme auf dem Weg hin zu industriellen Skalen. Es kann nicht die Lösung sein, alle initialen Fehler mit Software zu korrigieren. Stattdessen sind wir einen Schritt zurückgegangen und haben die Chiparchitektur, die Materialien und Beschichtungsprozesse systematisch auf Fehlerquellen hin untersucht, um ein Qubit zu entwickeln, das inhärent weniger Fehler mit sich bringt. Das Ziel ist es, nachträgliche Fehlerkorrekturen und damit den Overhead und die Redundanzen solcher Systeme zu minimieren. Dafür sind wir tief in die physikalischen Mechanismen der Speicherung von Quantenzustände eingestiegen – und nähern uns nun durch smartes Schaltkreisdesign und systematisch verbesserte Nano-Fertigungsprozesse dem Ziel an: Quantenprozessoren, bei denen Fehlerresistenz eine physikalische Eigenschaft der Hardware ist.
Liegt das Geheimnis also im Chipdesign – oder ist es auch eine Materialfrage?
Luschmann: Jain. Wir haben nicht das neue supraleitende Wundermaterial gefunden, das plötzlich alle Probleme löst. Sondern wir nutzen marktübliche supraleitende Filme. In der Industrie setzen manche auf Niob, andere auf Aluminium oder Tantal. Aber es ist im Prinzip alles ähnlich – und in dem Materialspektrum bewegen auch wir uns. Das Material ist sehr wichtig, aber es geht dabei eher um die Materialverarbeitung, also um das Engineering und die Prozessführung bei den Beschichtungsprozessen der Wafer. Es geht darum, die sehr komplexen Designs, die wir entwickeln, hochqualitativ und reproduzierbar in der Nanofabrikation umsetzen zu können. Es handelt sich also eher um die Frage der Materialprozessierung als um das Material selbst.
Wieso bauen nicht alle Quantenprozessorhersteller solche fehlerfreie Hardware?
Luschmann: Unser Ansatz ist sehr ambitioniert und das Herstellen dieser Art von Schaltkreisen ist extrem schwierig. Unsere Architektur für fehlerresistente Qubits ist aber nicht von Grund auf neu. Auch andere Forscher haben sie schon in Erwägung gezogen, aber eben bislang nicht skalierbar und zuverlässig fabrizieren können. Unser Vorteil ist, dass wir über Jahre hinweg die nötigen Nano-Fabrikationsprozesse entwickelt und optimiert haben, die teils auch mit Schutzrechten abgesichert sind. Dadurch können wir diese – auch von anderen postulierten – Schaltkreise nun wirklich herstellen. Dazu kommt, dass wir als Start-up in der Lage sind, den risikoreichen Schritt auf eine neue Architektur zu gehen, wo andere bereits weit auf ihren Roadmaps fortgeschritten sind und für einen kompletten Neuanfang schon zu viel investiert haben.
Sie haben für ein Startup eine überraschend hohe Fertigungstiefe. Können sie auf Hardware ihrer Herkunftsinstitute zurückgreifen?
Luschmann: Ja, das ist ein wichtiger USP von uns und liegt an unserer Herkunft im Munich Quantum Valley. Hier wurde großflächig und sehr ambitioniert investiert, um die notwendigen Infrastrukturen zu schaffen, also Reinräume und Labore. Viel davon am und um das Walther-Meißner-Institut, wo wir herkommen. Auf diese Infrastruktur greifen wir jetzt zurück. Das war zwar nicht trivial, alle rechtlichen Fragen rund um die Anmietung für kommerzielle Aktivitäten zu klären, aber es war möglich und ist nun ein riesiger Vorteil für uns. Die Verhandlungen mit den Universitäten und dem Ministerium waren aufwändig, aber dadurch sind wir jetzt in der Lage, diese für das Quantencomputing aufgebaute Infrastruktur für die Industrialisierung von Quantencomputern zu nutzen. Sehr hilfreich war zudem eine initiale Förderung im EXIST-Programm, in der wir die Infrastruktur unserer Mutterinstitute übergangsweise unbürokratisch und unentgeltlich nutzen konnten. Das hat uns ein Jahr Puffer gegeben, in dem wir die Vertragsverhandlungen und die Gründung vorantreiben konnten. Das ist wichtig, denn in unserer Branche geht es darum, schnell zu sein. Wir denken bei Innovationszyklen in Wochen und Monaten – nicht in Jahren.
Sie haben eine tragende Rolle in der SUPREME-Pilotlinie im Rahmen des EU Chips Act. Wie kam es, dass Peak Quantum als Startup so viel Verantwortung trägt?
Luschmann: Supreme ist ein großes Projekt mit über 20 Partnern. Darunter mit dem VTT in Finnland als Koordinator, der TU Delft, Fraunhofer- und Max-Planck-Instituten und anderen europaweit renommierten Adressen. Die Grundidee des Projekts ist, dass Europa sich zusammentut, um die Fertigung von Quantenprozessoren vor Ort zu industrialisieren und hier nicht in strategische Abhängigkeit zu geraten. Es gibt Fertigungsinfrastruktur an drei Orten: in Finnland, in Delft/NL und in München bzw. Garching. Am Garchinger Standort sind wir die Operatoren; wir bedienen die Linie und sind für die Prozessentwicklung im Bereich der Quantenprozessoren im Lead. Es gibt im Projekt aber auch andere Schwerpunkte beispielsweise im Bereich von quantenlimitierten Verstärkern oder der Integrierten Photonik. Aber es ist für uns eine tragende Säule mit 2,5 Millionen Euro Förderung. Wir waren zum richtigen Zeitpunkt am Start, um diese Rolle anzunehmen. Wir hatten zudem den Ruf unserer Institute im Rücken, die international kompetitive Fertigungsforschung betreiben – die wir als deren Spin-Off kommerzialisieren. Damit sind wir für dieses Projekt ein idealer Kandidat, weil es ja einen langfristigen Operator für die Pilotlinie braucht, der kommerzielle Bestellungen annimmt, abwickelt und Chips liefert. Dafür sind Forschungsinstitute nicht wirklich geeignet.
Welche strategische Bedeutung hat diese Pilotlinie für die EU?
Luschmann: Idealerweise: Resilienz und Unabhängigkeit. Es geht darum, die Fehler im Halbleiterbereich nicht zu wiederholen, sondern das Know-how und auch die Infrastrukturen für die Fertigung von Quantenprozessoren auf höchstem Niveau innerhalb Europas aufzubauen. Zumal es mit den globalen Beziehungen nicht einfacher wird. Im Vergleich zur Halbleiterfertigung werden die Karten bei Quantenchips neu gemischt – und Europa hat die Chance, sich aus strategischen Abhängigkeiten zu lösen. Es wird natürlich darauf ankommen, wie erfolgreich wird sind.
Für Ihr Team und viele Unternehmen ist es entscheidend, wie schnell die Skalierung von Quantencomputern einsetzt. In welchen Zeithorizonten planen Sie?
Luschmann: In unserer Kommunikation mit Investoren und Stakeholdern geht es ganz klar um Deep-Tech-Timelines, und da sind wir ehrlich: Wir werden nicht in zwei Jahren profitabel sein und rechnen nicht vor Ende des Jahrzehnts mit der Markteinführung industrieller Quantenprozessoren. Auch großindustrielle Anwendungen von Quantencomputern sind frühestens in den 2030er Jahren zu erwarten – und dann wollen wir bereit sein.
Welche Rolle spielt eine Messe wie die World of Quantum für Ihr Startup?
Luschmann: Messen und Fachkonferenzen sind in vielerlei Hinsicht sehr wichtig für uns. Aktuell nehmen wir an vielen akademischen Konferenzen teil, zum Wissensaustausch und um gute Leute zu rekrutieren. Die World of Quantum nutzen wir zum frühzeitigen Austausch mit potenziellen Kunden und Zuliefern, und generell zur Vernetzung im Quanten-Ecosystem. Für uns ist es auch einfach ein Heimspiel in München, bei dem wir auf jeden Fall dabei sein wollen. Es ist auch schön zu sehen, wie sich die entwickelt hat! Bei meinem ersten Mal war es eine Viertel-Messehalle mit zehn Ständen; letztes Jahr schon eine ganze Halle. Der fließende Übergang zur Laser World of Photonics ist ebenfalls interessant, weil wir dort die Anbieter diverser Fertigungstools treffen, mit denen wir arbeiten. Da sind wir dann mit der Einkäuferperspektive unterwegs – und wissen die Nähe zu schätzen.