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New York baut eine Quantenwerkstatt – und beteiligt sich an ihren Erträgen

Eine geplante Fertigungsanlage an der New York University soll Forschern und Unternehmen Zugang zu anspruchsvoller Quantentechnik geben. Die Stadt finanziert Geräte mit und verbindet das mit einer ungewöhnlichen Beteiligung an späteren Erlösen.

Von Wolfgang

15. Okt. 20264 Min. Lesezeit

Technikerin mit Wafer und Messgerät in einem Reinraum.

New York stellt 29,2 Millionen Dollar für eine neue Quantum Fabrication Facility an der New York University bereit. Die Universität ergänzt 255 Millionen Dollar für Bau und zehn Jahre Betrieb, wie die Stadt am 14. Oktober bekannt gab. Die QFab genannte Einrichtung soll 2030 öffnen. Geplant sind unter anderem Reinräume, Tieftemperaturtechnik sowie Geräte zur Herstellung und Untersuchung von Quantenchips und Komponenten.

Interessant ist der gemeinsame Zugang. Forscher, Studierende, junge Firmen und etablierte Unternehmen sollen dort an realen Bauteilen arbeiten können. Bei Quantentechnik beginnt der schwierige Weg vom Einfall zum Produkt häufig schon mit der Frage, wo sich eine Idee überhaupt herstellen und testen lässt.

Ein Entwurf wird erst im Material konkret

Ein Chipentwurf ist zunächst eine Beschreibung. Er legt fest, welche Strukturen benötigt werden und wie sie zusammenwirken sollen. Die Fertigung muss diese Beschreibung in ein Material übertragen. Dabei werden Schichten aufgebracht, Bereiche strukturiert und Verbindungen hergestellt. Anschließend muss die Messung zeigen, wie sich das tatsächliche Bauteil verhält.

Diese Arbeit unterscheidet sich vom bloßen Verkleinern eines Schaltplans. Materialien besitzen Eigenschaften, Oberflächen haben Grenzflächen und ein Fertigungsschritt kann den nächsten beeinflussen. Ein gelungener Entwurf braucht daher eine Herstellung, die zu seinen Anforderungen passt.

Der Begriff Reinraum bezeichnet eine kontrollierte Umgebung für solche Prozesse. Unerwünschte Partikel sollen die empfindlichen Strukturen möglichst wenig beeinträchtigen. Für einen kleinen Betrieb wäre eine vollständige eigene Fertigungsumgebung ein großer zusätzlicher Aufbau. Ein gemeinsam genutztes Labor kann den Zugang zu Geräten und dem nötigen praktischen Wissen bündeln.

Entwurf, Chipfertigung und Messung bilden einen Kreislauf mit Rückmeldung zum Entwurf.
Schematische Darstellung: Entwurf, Chipfertigung und Messung bilden einen Kreislauf mit Rückmeldung zum Entwurf. (Quelle: KI generiert)

Messen schließt den Kreis

Nach der Herstellung ist die Entwicklungsarbeit nicht beendet. Ein Prototyp muss untersucht werden. Ein Messergebnis kann zeigen, dass eine Struktur grundsätzlich funktioniert, aber anders reagiert als erwartet. Dann verändert das Team den Entwurf oder die Herstellung und beginnt den nächsten Durchlauf.

Man kann sich diesen Kreis wie das Stimmen eines neu gebauten Instruments vorstellen. Die Zeichnung beschreibt seine Form, die Werkstatt stellt es her, und erst beim Spielen wird hörbar, ob die Teile zusammenpassen. Bei einem technischen Bauteil übernehmen Messgeräte diese Rückmeldung. Aus einem einzelnen gelungenen Exemplar soll schließlich ein nachvollziehbarer Herstellungsprozess werden.

Tieftemperaturtechnik erweitert die möglichen Untersuchungsbedingungen. Bestimmte Quantenbauteile werden bei sehr niedrigen Temperaturen betrieben und geprüft. Welche Umgebung erforderlich ist, hängt vom jeweiligen Ansatz ab. Ein gemeinsam zugänglicher Gerätepark erlaubt verschiedenen Teams, ihre konkreten Fragen an geeigneten Anlagen zu bearbeiten.

Wiederholbare Prozesse sind dabei besonders wertvoll. Wenn ein Team seinen Aufbau bei jeder Fertigung neu anpassen muss, wird der Vergleich zwischen zwei Entwürfen schwieriger. Kontrollierte Bedingungen erleichtern es, eine Änderung einer bestimmten Ursache zuzuordnen. Das Labor übernimmt damit auch eine methodische Aufgabe: Es macht aus einer Folge einzelner Versuche einen Entwicklungsprozess, dessen Ergebnisse sich miteinander vergleichen lassen.

Die Stadt erhält einen Anteil an bestimmten Erlösen

New York bekommt laut der Vereinbarung drei Sitze im beratenden Führungsgremium von QFab. Entsteht geistiges Eigentum unter Nutzung städtisch finanzierter Geräte, erhält die Stadt 15 Prozent der daraus resultierenden Erlöse der NYU-Zentralverwaltung. Dazu können beispielsweise Lizenzeinnahmen oder Beteiligungen gehören. Der Prozentsatz bezieht sich damit auf einen genau beschriebenen Erlösstrom.

Das verknüpft die öffentliche Finanzierung mit dem späteren Nutzen einzelner Entwicklungen. Für das Labor selbst bleiben Zugang, Betrieb und Betreuung laufende Aufgaben. Eine Anlage schafft nur dann praktische Möglichkeiten, wenn Teams ihre Geräte tatsächlich nutzen können und die erforderlichen Fertigungs- und Messschritte verfügbar sind.

Die Ankündigung verbindet außerdem Ausbildung mit der Infrastruktur. Das ist für eine Werkstatt dieser Art folgerichtig: Zwischen Entwurf und Ergebnis arbeiten Menschen, die Geräte bedienen, Prozesse verstehen und Messungen interpretieren können. Wissen entsteht dabei auch durch wiederholte praktische Arbeit.

Für den Fortschritt der Quantenentwicklung ist diese materielle Seite leicht zu übersehen. Eine neue Idee braucht eine Umgebung, in der sie gebaut, verändert und erneut geprüft werden kann. QFab soll genau diesen Entwicklungsraum bereitstellen. Ob aus einem Entwurf ein brauchbares Bauteil wird, entscheidet sich dann an den Geräten und an den Ergebnissen der nächsten Fertigungsrunde.

Quellen