Die historische Rackham Graduate School der University of Michigan diente heute als Kulisse für den Q-PIC Workshop im Jahr 2025 – Quantum Information: Open Problems, Impact, and Challenges (Quanteninformation: Offene Probleme, Auswirkungen → Einfluss und Herausforderungen) – 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 eine vielfältige Zuhörerschaft von Quantenphysiker*innen, Informationstheoretiker*innen und Ingenieur*innen aus Wissenschaft und Industrie an.
Das Ziel von Q-PIC war es, die neuesten Entwicklungen im schnell voranschreitenden Bereich der Quanteninformationswissenschaft zu untersuchen, einer Disziplin, die unser Verständnis von dem, was im Bereich der Datenverarbeitung, Kommunikation und Sicherheit möglich ist, weiterhin neu definiert. In den letzten Jahrzehnten haben eine Reihe bahnbrechender Entdeckungen gezeigt, dass sich die eigenartigen Verhaltensweisen von Quantensystemen – wie Superposition, Verschränkung und Nichtlokalität – nutzen lassen, um Verarbeitungsfähigkeiten zu erreichen, die weit über den Rahmen klassischer Systeme hinausgehen. Quanten-Technologien stehen jetzt an der Schwelle, Sektoren von der sicheren Kommunikation bis hin zur Quanten-Sensorik und darüber hinaus zu revolutionieren.
Der Workshop begann mit einem fesselnden Vortrag von Prof. Saikat Guha von der University of Maryland. Als ein führender Experte auf diesem Gebiet bot er einen umfassenden Überblick über die Quanteninformationswissenschaft und erläuterte sowohl die grundlegenden Prinzipien als auch die wichtigsten ungelösten Fragen, die die laufende Forschung vorantreiben. Seine Rede prägte die inhaltliche Ausrichtung des Tages und betonte die interdisziplinäre Natur des Fachgebiets, sowie die Notwendigkeit einer fortgesetzten Zusammenarbeit zwischen Theoretiker*innen, Experimentator*innen und Systemdesigner*innen.
Nach dem Eröffnungsvortrag präsentierte M.Sc. Pau Colomer (Technische Universität München) einen detaillierten Vortrag über die Quantenidentifikation. Ein aufkommendes Gebiet, das sich damit befasst, wie Informationen in einem Quantenumfeld zuverlässig und sicher erkannt werden können. Seine Präsentation konzentrierte sich insbesondere auf deterministische Identifikationsprotokolle – und bot einen Einblick, wie diese trotz der Herausforderungen durch Quantenunsicherheit und -rauschen praktisch realisiert werden könnten.
Ein dynamisches Element des Workshops waren die Poster-Kurzpräsentationen, in denen dreizehn ausgewählte Forscher*innen jeweils eine prägnante 30-Sekunden-Zusammenfassung ihrer Posterpräsentationen lieferten. Dieses schnelle Format gab den Teilnehmer*innen einen schnellen Überblick über eine Vielzahl aktueller Forschungsthemen und bereitete sie auf die anschließende vertiefende Postersitzung vor. Die Sitzung erwies sich als ein Höhepunkt des Tages, denn sie förderte lebhafte Diskussionen und neue Verbindungen zwischen Nachwuchsforscher*innen und erfahrenen Expert*innen.
M.Sc. Nilesh Kumar stellte das Konzept der quantenphysikalischen Unclonable Functions (QPUFs) vor. Er lieferte einen informations-theoretischen Rahmen zu dem Verständnis von QPUFs, die eine entscheidende Rolle in zukünftigen sicheren Hardware-Authentifizierungsprotokollen spielen werden. Seine Arbeit beleuchtete, wie sich Quanten-Zufälligkeit und physikalische Einzigartigkeit kombinieren lassen, um Identifikatoren zu schaffen, die sowohl robust als auch unmöglich zu klonen sind.
Das Nachmittagsprogramm bestand aus einer Reihe von eingeladenen Vorträgen, die Grenzarbeit aus Akademie und Industrie präsentierten. Dr. Gregor Pieplow (Humboldt-Universität Berlin), Mitglied des Gewinnerteams der German Quantum Communication Grand Challenge, sprach über sichere Quanten-Token-Verarbeitung und diskutierte praktische Implementierungen sicherer tokenbasierter Verfahren in Quantensystemen. Sein Vortrag hob hervor, wie theoretische Konzepte beginnen, reale Systeme zu beeinflussen.
Anschließend hielt Prof. Robert Calderbank von der Duke University, ein Empfänger des angesehenen Shannon Awards im Jahr 2015, einen Vortrag über räumlich gekoppelte Quanten-Low-Density-Parity-Check-Codes (QLDPC-Codes). Diese sind für den Aufbau fehlertoleranter Quantennetzwerke von entscheidender Bedeutung. Calderbanks Ruf als grundlegende Figur in der Codierungstheorie zog starkes Interesse auf sich, und seine Erkenntnisse lösten Diskussionen über die Machbarkeit skalierbarer Quantenfehlerkorrektur aus.
In seinem intellektuell anregenden Vortrag mit dem Titel „Feynman Meets Turing: Uncomputability of Quantum Gate-Circuit Emulation“ („Feynman trifft Turing: Unberechenbarkeit der Emulation von Quantenschaltkreisen“) untersuchte Prof. Holger Boche (Technische Universität München) – Preisträger des Gottfried Wilhelm Leibniz-Preises 2008 – die grundlegenden Grenzen der algorithmischen Emulation von Quanten-Gatter-Systemen. Dabei bot er eine theoretische Perspektive auf die Grenze zwischen klassischer und quantenmechanischer Berechenbarkeit und zeigte dabei tiefe Verbindungen zwischen Physik und der Theorie der Berechenbarkeit auf.
Der Workshop bot auch einen zukunftsweisenden Vortrag aus der Industrie von Dr. Marc Geitz von T-Labs (Deutsche Telekom), der eine Vision für das Quanteninternet präsentierte. Seine Präsentation umriss die architektonischen und technologischen Meilensteine, die für den Aufbau einer skalierbaren und sicheren Quantenkommunikationsinfrastruktur erforderlich sind, einschließlich Verteilungsnetzen für Verschränkung und Quanten-Repeater.
Dr. Mehdi Namazi, Mitbegründer des in New York City ansässigen Startups Qunnect, teilte aufregende Neuigkeiten → Aktualisierungen zur Verteilung von Verschränkungen in städtischen Umgebungen mit, wobei der Schwerpunkt auf der Implementierung in New York City lag. In seiner Rede vermittelte er den Teilnehmer*innen einen Eindruck davon, wie sich Quantentechnologien von Laborprototypen in die reale Infrastruktur integrieren lassen.
Der Workshop schloss mit einer lebhaften und zum Nachdenken anregenden Podiumsdiskussion über die Herausforderungen, mit denen sich die Quanten-Technologien konfrontiert sehen, bei der mehrere der Tagesredner*innen zusammenkamen, um über die Zukunft nachzudenken. Die Podiumsteilnehmer*innen betonten die Bedeutung interdisziplinärer Zusammenarbeit, solider theoretischer Grundlagen und öffentlich-privater Partnerschaften für den Fortschritt des Fachgebiets.
Mit einer starken Mischung aus grundlegender Theorie, praktischen Erkenntnissen und zukunftsorientierter Vision hat der Q-PIC Workshop 2025 seinen Ruf als wichtiges Forum für Dialog und Innovation in der Quanteninformationswissenschaft gefestigt. Da sich Quantentechnologien der praktischen Anwendung nähern, spielen Veranstaltungen wie Q-PIC eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der Entwicklung dieses transformativen Feldes.