Helmholtz Quantum Use Challenge
Mit der Quantum Use Challenge fördert die Helmholtz-Gemeinschaft innovative Forschungsprojekte, die Quantentechnologien gezielt in konkrete Anwendungen überführen. Ziel der Initiative ist es, das Potenzial von Quantencomputing, Quantensensorik und verwandten Technologien für zentrale gesellschaftliche Herausforderungen in den Bereichen Gesundheit, Energie sowie Erde & Umwelt nutzbar zu machen. Ein besonderer Fokus liegt auf der engen Zusammenarbeit zwischen Entwicklerinnen von Quantentechnologien und Anwenderinnen aus verschiedenen Fachdisziplinen, um den Transfer in die Praxis zu beschleunigen.
Die Projektlaufzeit beträgt drei Jahre und ist für alle Projekte am 1.1.2026 gestartet.
QT-Batt - Quanten Technologien für Batterien
QT-Batt untersucht, wie Quantentechnologien bessere und nachhaltigere Batterien für die Zukunft ermöglichen können.
Forschende kombinieren Quantencomputing und Quantensensorik, um die Vorgänge im Inneren von Batterien besser zu verstehen. Quantencomputer simulieren das Verhalten von Batteriematerialien über mehrere Skalen hinweg und helfen so, verbesserte Komponenten wie Festelektrolyte und fortschrittliche Elektroden zu entwickeln.
Gleichzeitig entwickelt das Projekt hochsensitive Quantensensoren, die kleinste Veränderungen von Temperatur und elektromagnetischen Feldern in laufenden Batterien messen können. Diese Sensoren liefern wichtige Einblicke in Funktion, Alterung und mögliche Ausfälle von Batterien.
Durch die Verbindung von Quantenwissenschaft und Energieforschung zielt QT-Batt darauf ab, Werkzeuge für langlebigere, sicherere und effizientere Batterien zu entwickeln – und damit saubere Energietechnologien sowie eine nachhaltige Zukunft zu unterstützen.
Kontakt
Prof. Dr. Robert Spatschek
Group leader - Institute of Energy Materials
and Devices (IMD-1)
Forschungszentrum Jülich GmbH
QuBiopsy – Quantenbiopsie zur Krebsvisualisierung auf Makro- und Mikroskalen
QuBiopsy untersucht, wie quantenbasierte Bildgebungstechnologien die Erkennung von Krebszellen verbessern können, die mit heutigen medizinischen Methoden nur schwer nachweisbar sind.
Bei vielen Krebsarten können sich kleinste Zellgruppen oder Mikrometastasen im Körper ausbreiten, lange bevor sie mit herkömmlichen Bildgebungs- oder Biopsieverfahren sichtbar werden. QuBiopsy zielt darauf ab, diese seltenen Zellen früher und zuverlässiger zu erkennen, indem mehrere fortschrittliche quantenbasierte Bildgebungsansätze kombiniert werden.
Ein Ansatz nutzt diamantbasierte Quantensensoren, um extrem schwache magnetische Signale mit sehr hoher räumlicher Auflösung zu detektieren. Ein weiterer verwendet hochempfindliche Magnetometer, um schwache magnetische Signale über größere Probenvolumina hinweg zu messen. Um Tumorzellen leichter nachweisbar zu machen, setzt das Projekt zudem magnetische Nanopartikel ein, die gezielt an Krebszellen binden und deren magnetisches Signal verstärken.
Darüber hinaus verwendet QuBiopsy verschränkte Photonen, um kontrastreiche mikroskopische Bilder von Tumorgewebe und Mikrometastasen zu erzeugen.
Durch die Kombination dieser Technologien in einer gemeinsamen diagnostischen Plattform will QuBiopsy die Grenzen heutiger Biopsie- und Bildgebungsverfahren überwinden. Ziel ist es, eine frühere Krebsdiagnose und präzisere Diagnostik zu ermöglichen und so Therapieentscheidungen sowie Behandlungsergebnisse zu verbessern.
Kontakt
PD Dr. Georgy Astakhov
Department Head, Quantum Technologies (FWIQ)
Institute of Ion Beam Physics and Materials Research
Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf (HZDR)
QuWIRK - Quantenalgorithmen für die Wirkstoffforschung
QuWIRK untersucht, wie Quantencomputing die Entwicklung neuer Medikamente unterstützen kann, insbesondere bei der Behandlung von Infektionskrankheiten.
Die Entwicklung neuer Wirkstoffe ist ein komplexer Prozess, der die Analyse großer biologischer Datensätze und das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Molekülen und Proteinen im Körper erfordert. QuWIRK zielt darauf ab, Quantenalgorithmen zu entwickeln, die Forschenden helfen, diese anspruchsvollen Aufgaben effizienter zu bewältigen.
In den frühen Phasen der Wirkstoffforschung konzentriert sich das Projekt auf die Analyse biologischer Daten, etwa den Vergleich von DNA-Sequenzen, die Identifizierung verschiedener Zelltypen und das Erkennen wichtiger Muster in der Genaktivität. Diese Erkenntnisse helfen, Krankheiten besser zu verstehen und vielversprechende Angriffspunkte für Medikamente zu identifizieren.
In späteren Phasen untersucht QuWIRK, wie Quantencomputing dabei helfen kann, potenzielle Wirkstoffmoleküle zu identifizieren und zu optimieren. Dazu gehört die Analyse der Bindung von Molekülen an Proteine sowie die Verbesserung von Kandidaten hinsichtlich ihrer Wirksamkeit.
Das Projekt entwickelt Prototypen, die auf heutigen Quantencomputern laufen können, und erforscht zugleich, wie zukünftige Quantenrechner die Medikamentenentwicklung weiter beschleunigen könnten.
Durch die Verknüpfung von Quantentechnologie und biomedizinischer Forschung will QuWIRK neue Wege für eine schnellere und effizientere Entwicklung lebensrettender Medikamente eröffnen.
Kontakt
Prof. Dr. Frank Wilhelm-Mauch
Director - Institute for Quantum Computing Analytics (PGI-12)
Forschungszentrum Jülich GmbH
qFLOW – Quantenunterstützte Simulation komplexer Strömungen – von Tropfen bis Grundwasser
qFLOW untersucht, wie Quantencomputing dazu beitragen kann, zentrale Herausforderungen in den Bereichen Klimaresilienz, saubere Energie und Wassersicherheit zu bewältigen.
Viele wichtige natürliche und technische Prozesse beinhalten die Bewegung von Flüssigkeiten, etwa Grundwasser, das durch Böden fließt, oder Gasblasen in Flüssigkeiten. Diese Prozesse werden durch komplexe mathematische Modelle beschrieben und sind selbst mit den leistungsfähigsten Supercomputern nur schwer auf relevanten Skalen zu simulieren.
qFLOW zielt darauf ab, quantenunterstützte Simulationsmethoden zu entwickeln, mit denen sich solche komplexen Strömungen effizienter modellieren lassen. Der Fokus liegt auf zwei Bereichen: Grundwasser- und Reservoirsysteme, die für das Wassermanagement entscheidend sind, sowie Mehrphasenströmungen, die in vielen Energie- und Industrietechnologien eine wichtige Rolle spielen.
Dazu arbeiten Expertinnen und Experten aus Quantentechnologie und Strömungsforschung eng zusammen, um neue Algorithmen und Werkzeuge zu entwickeln, die sowohl wissenschaftlich fundiert als auch praktisch anwendbar sind.
Durch die Verbindung von Quantencomputing mit Umwelt- und Energieforschung will qFLOW neue Möglichkeiten für bessere Vorhersagen, effizienteres Ressourcenmanagement und nachhaltigere Technologien eröffnen.
Kontakt
Prof. Dr. Werner Dobrautz
Head of AI4Quantum – Machine Learning for Quantum Simulation and Computing
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZD