Deutscher Zukunftspreis 2026
„Die Photonik rückt immer näher an die Prozessoren heran“
V.l.n.r.: Philipp-Immanuel Dietrich (CEO von Keystone Photonics), Christian Koos und Matthias Lauermann (Technology Fellow bei Vanguard Automation). Bild: Deutscher Zukunftspreis/Ansgar Pudenz
Licht soll künftig riesige Datenmengen schneller und energieeffizienter übertragen. Christian Koos vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt neue Verfahren, mit denen sich solche Systeme noch besser und effizienter herstellen lassen. Für den Transfer seiner Forschung in marktfähige Anwendungen wurde er nun gemeinsam mit Philipp Dietrich und Matthias Lauermann für den Deutschen Zukunftspreis 2026 nominiert.
Herr Koos, was genau haben Sie und Ihr Team entwickelt?
Wir arbeiten auf dem Gebiet der integrierten Photonik. Die Grundidee ist, optische Bauteile ähnlich wie elektronische Schaltungen auf Mikrochips zu integrieren. Das ist allerdings schwieriger als in der Elektronik. Photonen haben keine elektrische Ladung und lassen sich deshalb nicht einfach durch leitfähige Materialien führen. Bei ihnen kommt es stark auf die Geometrie der Strukturen an, und die muss häufig dreidimensional sein.
Unsere Idee war deshalb, bislang weitgehend zweidimensional aufgebaute optische Mikrochips mit hochpräzisen dreidimensionalen Strukturen zu versehen. Diese können wir mit Femtosekundenlasern direkt auf oder zwischen Chips drucken. Damit lässt sich Licht beispielsweise besser in die Chips hinein- und wieder herausführen. Das erleichtert ihre Verbindung und auch das Testen in der Fertigung. Der Kern unserer Entwicklung ist also, integrierte photonische Systeme mit 3D-gedruckten Strukturen leistungsfähiger und zugleich industriell besser nutzbar zu machen.
Warum ist die optische Datenübertragung gerade heute so interessant?
Wir erzeugen, übertragen und verarbeiten heute enorme Datenmengen, und durch Künstliche Intelligenz wächst dieser Bedarf noch einmal stark. Gerade in großen Rechenzentren müssen riesige Datenströme ständig zwischen Prozessoren, Speichern und anderen Komponenten hin- und herbewegt werden.
Bei hohen Datenraten stoßen elektrische Verbindungen dabei schnell an ihre Grenzen. Über Kupferkabel werden die Verluste schon auf kurzen Strecken so groß, dass sich die Signale nicht mehr detektieren lassen. Licht lässt sich dagegen über Glasfasern sehr schnell und mit vergleichsweise geringen Verlusten übertragen. Deshalb wandert die optische Datenübertragung immer näher an die eigentlichen Rechner heran und sogar in sie hinein. Künftig könnten Lichtsignale nicht nur zwischen Rechenzentren oder Servern, sondern auch zwischen einzelnen Chips auf einer Platine übertragen werden. Prozessoren und Speicher arbeiten dabei weiterhin elektronisch, photonische Bauteile dienen jedoch als Schnittstellen und übersetzen elektrische in optische Signale und wieder zurück. Das beschleunigt den Signalaustausch und senkt zugleich den Energieaufwand. Gerade bei großen KI-Rechenzentren ist das entscheidend, denn ihr Strombedarf ist heute schon enorm und kann nicht beliebig weiterwachsen. Deshalb ist die integrierte Photonik ein wichtiger Hebel, um den Energieverbrauch der Datenübertragung zu senken.
Prof. Christian Koos ist seit 2010 Professor am Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Photonik und Quantenelektronik (IPQ). Bild: Deutscher Zukunftspreis / Ansgar Pudenz
Und diesen setzen Sie bereits außerhalb Ihrer Labore an?
Ja. Wir haben aus dem Thema bereits zwei Start-ups ausgegründet. Vanguard Automation hat aufbauend auf unseren Forschungsergebnissen Maschinen und Prozesse entwickelt, mit denen sich optische Verbindungen und hochpräzise 3D-Strukturen direkt auf Chips herstellen lassen. Keystone Photonics nutzt dieselbe Technologie für spezielle Tastköpfe, mit denen photonische Chips bereits auf dem Wafer, also noch auf der Halbleiterscheibe, getestet werden können. So lässt sich früh erkennen, welche Bauteile funktionieren und welche nicht, bevor sie weiterverarbeitet und verbaut werden. Das ist essentiell dafür, komplexe Systeme überhaupt erst bauen zu können.
Das sind ja nicht die einzigen beiden Ausgründungen, an denen Sie beteiligt waren. Woran merken Sie, dass aus einer wissenschaftlichen Idee tatsächlich ein Produkt werden kann?
Natürlich ist man von der eigenen Forschung begeistert, sonst würde man sie nicht machen. Deshalb neigt man manchmal dazu, ihren möglichen Einfluss zu überschätzen. Für mich ist deshalb ein wichtiger Indikator, ob ein Unternehmen bereit ist, eine Idee auszuprobieren und dafür auch Geld in die Hand zu nehmen.
Wenn ein potenzieller Kunde schon in einem frühen Stadium sagt: Wir möchten dazu eine Machbarkeitsstudie anstoßen und investieren dafür etwas, dann weiß ich, dass wir offenbar ein reales Problem getroffen haben. Danach beginnt allerdings erst die eigentliche Arbeit: Maschinen, Materialien, Prozesse und Software müssen so zusammenspielen, damit aus dem Forschungsergebnis eine zuverlässige und skalierbare Technologie wird.
Und wenn dieser Schritt gelingt: Wo könnte uns Ihre Technologie in fünf oder zehn Jahren begegnen?
Direkt sehen werden wir sie wahrscheinlich kaum, denn sie arbeitet im Hintergrund. Wenn sich die Technologie weiter so durchsetzt wie derzeit, könnte sie aber künftig in vielen Rechenzentren und Datennetzen stecken. Teilweise ist das heute schon der Fall. Erste photonische Chips, die mit unserer Technologie getestet wurden, werden bereits in KI-Datenzentren eingesetzt. Wenn wir also Anwendungen mit Künstlicher Intelligenz verwenden, könnte es durchaus sein, dass diese Chips bereits im Hintergrund beteiligt sind.
Was bedeutet Ihnen die Nominierung für den Deutschen Zukunftspreis persönlich?
Die Nominierung ist für uns ein großer Erfolg. Was uns drei als Team vereint, ist nicht nur die Freude an der Forschung, sondern auch das Ziel und der Wille, diese in die Anwendung zu bringen. Natürlich wissen wir noch nicht, ob wir den Preis am Ende bekommen. Aber sie macht unsere Arbeit sichtbar und zeigt, dass sich aus wissenschaftlich geprägten Ideen sehr konkret wirtschaftliches und innovatives Potenzial entwickeln lässt. Für uns bedeutet das viel Aufmerksamkeit und hoffentlich auch Rückenwind für laufende und zukünftige Projekte.
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