Quantencomputer im Elektronenmikroskop: Mehr Bildinformation mit weniger Elektronen

Das Ziel ist nicht, die Wechselwirkung zwischen Elektronen und Probe vollständig zu vermeiden. Vielmehr soll aus jedem Elektron mehr verwertbare Bildinformation gewonnen werden. Die Verschränkung zwischen Elektron und Ion bewahrt Informationen über die Probenwechselwirkung, während die Operationen zwischen den einzelnen Elektronen eine kohärente Zusammenführung ermöglichen – also mehr als eine rein klassische Mittelwertbildung.

Auf diese Weise könnte die für ein aussagekräftiges Bild erforderliche Elektronendosis sinken. Das wäre besonders für isolierte Proteine und andere strahlenempfindliche biologische Materialien interessant. Die Methode verspricht daher eine dosis-effizientere Elektronenmikroskopie, aber keine völlig schadensfreie Bildgebung.

Wichtig ist die Einordnung: Der erwartete Vorteil ist bislang eine Perspektive, kein experimentell nachgewiesenes Ergebnis. Die im Januar 2026 veröffentlichte Arbeit beschreibt die Architektur und untersucht ihre Machbarkeit. Ein atomar aufgelöstes Bild eines einzelnen Proteins wurde damit noch nicht demonstriert.

Welche Forschungspartner beteiligt sind

Die TU Wien führt den mikroskopbezogenen Teil des Vorhabens an. Öffentlich beschreibt die Universität das Konzept als direkte Integration eines kleinen Quantencomputers in ein Elektronenmikroskop.

An dem theoretischen Vorschlag sind Forschende aus mehreren österreichischen Einrichtungen beteiligt, darunter die TU Wien, die Universität Wien, die Johannes Kepler Universität Linz und die Universität Innsbruck. Das Projekt verbindet damit Elektronenmikroskopie, Quantentheorie, Ionenfallen-Technologie und Quanteninformationsverarbeitung.

Die Universität Wien ist insbesondere mit dem Forschungsprogramm zu Quanten-Elektronen und Mikroskopie verbunden. Die JKU Linz steuert einschlägige theoretische und quantenwissenschaftliche Expertise bei, während die Universität Innsbruck für ihre Kompetenzen im Bereich des Quantencomputings mit gefangenen Ionen steht. Eine genauere Aufteilung der Zuständigkeiten lässt sich aus den vorliegenden Belegen jedoch nicht zuverlässig ableiten.

Das Vorhaben ist in den österreichischen Exzellenzcluster „Quantum Science Austria“ (quantA) eingebettet. Dort wird das Projekt „QCEM: Quantum-Computer-Enhanced Electron Microscopy“ mit Thomas Juffmann als Leiter sowie Philipp Haslinger, Iva Březinová, Philipp Schindler und Richard Küng als Co-Projektleitenden geführt.

Vom theoretischen Konzept zum Laboraufbau

Nach dem theoretischen Vorschlag soll die Entwicklung nun in Richtung experimenteller Umsetzung gehen. Dafür müssen die Schnittstelle zwischen Elektron und Ion sowie das sequentielle Quantenprotokoll in eine funktionierende Laborapparatur überführt werden. Die verfügbaren Quellen bestätigen das Konzept und die geplante Integration, dokumentieren aber noch kein fertiggestelltes, einsatzbereites Instrument.

Die Finanzierung passt zum größeren Forschungsprogramm: Die Gordon and Betty Moore Foundation führt für die Universität Wien einen Zuschuss von 3.836.032 US-Dollar über 48 Monate zur Integration von Quantencomputing und Elektronenmikroskopie. Die Unterstützung durch den Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) steht im Zusammenhang mit dem quantA-Programm.

Die entscheidenden Hürden

Ob das Konzept tatsächlich einen praktischen Vorteil bringt, wird sich an mehreren Punkten zeigen. Die Kohärenz zwischen Elektron und Ion muss unter realistischen Bedingungen eines Elektronenmikroskops erhalten bleiben. Außerdem dürfen Speicher- und Gatterfehler der Ionen nicht so groß werden, dass der mögliche Quantenvorteil verloren geht.

Schließlich muss sich eine geringere Strahlendosis auch bei heterogenen, besonders empfindlichen Proben bewähren – nicht nur bei idealisierten Testsystemen. Erst diese Experimente werden zeigen, ob aus dem theoretischen „Quantencomputer-Mikroskop“ eine neue Methode für die Untersuchung einzelner Proteine und anderer empfindlicher Materialien werden kann.