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Photonische Innovationen sind in den USA gefragt

Für Photonik made in Germany sind die USA ein wichtiger Zielmarkt. Dank Digitalisierungstrend und wachsender Datenflut stehen optische Technologien auch künftig hoch im Kurs.

Von Heiko Steinacher | San Francisco

Auch für die Photonikbranche war sie eine gute Nachricht: die Verabschiedung des US-Infrastrukturpakets im November 2021. Denn dieses sieht bis 2025 unter anderem 65 Milliarden US-Dollar (US$) für den Breitbandausbau vor. Allein in den 25 größten Ballungsräumen der USA werden dafür rund 2,3 Millionen Kilometer an Glasfaserkabeln benötigt, schätzt der US-Verband Fiber Broadband Association.

Die Mittel des Infrastrukturpakets stehen auch ausländischen Anbietern offen. Dennoch bleibt abzuwarten, ob einzelne US-Bundesstaaten hierzu eigene Local-Content-Klauseln verhängen werden. Denn einen Großteil der Breitbandfördermittel vergibt der Bund in den USA an die Bundesstaaten. Und gerade beim neuen Mobilfunkstandard zeigte sich der amerikanisch-chinesische Technologiekonflikt in den letzten Jahren sehr deutlich. US-Regierungsbehörden, vor allem das Verteidigungsministerium, rufen daher vereinzelt Wettbewerbe aus, um die Entwicklung von 5G-Technologien im eigenen Land voranzutreiben. Doch dürften die USA bei 5G noch eine ganze Weile auf ausländische Anbieter angewiesen sein.

Medizintechnik und Diagnostik sind immer wichtigere Anwendungsfelder

Der zunehmend digitale Gesundheitssektor stützt sich immer mehr auf Mess- und Sensortechnik. Damit steigt auch die Nachfrage nach photonischen Systemen. So kooperiert Rockley Photonics, einer der Sensorlieferanten für die Apple Watch, fortan mit dem irischen Medizintechnikkonzern Medtronic, um seine Sensorplattform zur Messung biologischer Merkmale auch in die Lösungen von Medtronic zu integrieren.

Ein weiteres Beispiel ist Luna Innovations: Das Faseroptikunternehmen gab im September 2022 bekannt, dem Medizintechnikhersteller Intuitive Surgical photonische Subsysteme für dessen chirurgische Robotersysteme im Wert von 14 Millionen US$ zu liefern.

Sensortechnologien und optische Kameras spielen außerdem in der Automobilindustrie und für den Einsatz autonomer Drohnen eine wichtige Rolle. Außerdem wären Fortschritte bei der Digitalisierung der industriellen Fertigung und in der gesamten Hightech-Industrie ohne photonische Innovationen kaum denkbar.

Photonik könnte das Halbleiterdesign revolutionieren

Im März 2022 schlossen sich fast alle großen Unternehmen der Halbleiterbranche zusammen, um die Chiplet-Technologie für Prozessordesigns zu standardisieren. Bei dieser Technologie werden die Komponenten eines Chips einzeln gefertigt und dann zu einem großen Prozessor zusammengefügt, was potenziell mehr Leistung ermöglicht als herkömmliche monolithische Designs. Sollte sich der neue Standard namens Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) durchsetzen, dürfte sich der Markt für steckbare Lösungen zum „Co-Packaging“ von Elektronik und Photonik deutlich beschleunigen.

Moderne Photonik wird auch für Rechenzentren und KI-Anwendungen (Künstliche Intelligenz) benötigt. Bei den Verbindungen zwischen und innerhalb von Rechenzentren gibt es oft Engpässe bei der Server- und Speicherleistung, da immer mehr Daten über solche Einrichtungen laufen. Den Markt für hochwertige Photonik-Chips dominieren zurzeit US-Unternehmen wie Intel oder Nvidia. Aber auch andernorts wird an diesen Technologien geforscht und entwickelt. So hat das im Oktober 2021 von Chinesen übernommene Start-up Sicoya, ein Spin-off der Technischen Universität Berlin, einen Siliziumphotonik-Chip mit enormer Datenübertragungsrate entwickelt.

Deutsche Firmen holen im Quantencomputer-Wettbewerb auf

Ein Photonik-Chip-Verfahren hat auch Q.ANT entwickelt. Der deutsche Laserspezialist Trumpf setzt auf photonikbasierte Quantenchips und hat einen zweistelligen Millionenbetrag in das Stuttgarter Start-up investiert. Neben Chips entwickelt es - gemeinsam mit Trumpf, Bosch und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) - auch Sensoren auf Quantentechnologiebasis. Damit sollen sich Mini-Satelliten präzise ausrichten lassen.

Das DLR hat bereits mehrere Aufträge vergeben, um die Forschung zu photonischen Quantenchips voranzutreiben, darunter an das Start-up QuiX Quantum über 14 Millionen Euro. Auf der anderen Seite des Atlantiks sicherten sich das Start-up PsiQuantum und der Auftragsfertiger Globalfoundries im April dafür US-Bundesmittel in Höhe von 25 Millionen US$.

Deutsche Firmen holen im Bereich Quantencomputer auf: So hat IQM im Sommer rund 128 Millionen Euro an Wagniskapital eingesammelt, trotz der allgemeinen Schwäche des Aktienmarkts. Die Schaltkreise des deutsch-finnischen Start-ups basieren im Gegensatz zu siliziumphotonischen Quantenchips aber auf supraleitenden Quantenbits (Qubits). Das sind die kleinsten Informationseinheiten eines Quantenrechners. Diesen Ansatz verfolgen unter anderem auch die US-Riesen Google und IBM.

Welche Art von Quantencomputer sich einmal durchsetzen wird, ist zwar noch offen. Das Marktpotenzial ist aber immens. Bei Goldman Sachs, J.P. Morgan Chase und anderen Großbanken loten ganze Teams mögliche Anwendungsfelder für Quantentechnologie aus, und Volkswagen (VW) testet bereits eine quantenbasierte GPS-gestützte Navigation. Bereits in drei bis fünf Jahren könnte es die ersten kommerziellen Anwendungen für Quantencomputer geben, sagen Branchenkreise.

Allerdings liege der Schwerpunkt in Deutschland bisher zu sehr auf Software, verlautet es ferner. Defizite gebe es hierzulande dagegen bei der Hardwareentwicklung. Start-ups wie IQM, die sich auch auf Quantenhardware konzentrieren, sind daher besonders wichtig, um im internationalen Wettbewerb den Anschluss halten zu können.

Die USA zählen zu den Hauptexportmärkten der deutschen Photonikbranche

Laut der internationalen Gesellschaft für Optik und Photonik SPIE stehen die USA im Bereich Photonik weltweit an zweiter Stelle und bieten damit einen der wichtigsten Exportmärkte für deutsche Hersteller. Die Exportquote der deutschen Photonikbranche liegt bei 73 Prozent, wobei die Hauptabsatzländer die USA, China und die Niederlande sind.

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