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Feature Stories - Was verbindet die Erforschung der Energieeffizienz mit der Quanten-Wissenschaft? Slowakei

Einst eine landwirtschaftlich geprägte Volkswirtschaft in einer gebirgigen Ecke Mitteleuropas hat die Slowakei in den letzten Jahren einen großen Sprung nach vorne gemacht, sowohl in Bezug auf ihre wirtschaftliche Entwicklung also auch im Hinblick auf Innovation in Wissenschaft und Technik.

Digitale Wirtschaft

Die Slowakei rangiert derzeit als "moderater Innovator" im Europäischen Innovationsanzeiger und steht auf einer Stufe mit Ländern wie Spanien, Italien und Griechenland. Das ist eine große Leistung für ein Land mit weniger als 5,5 Millionen Einwohnern, das bis 1918 keine modernen Universitäten oder technischen Institute hatte und auch keine slowakisch-sprachigen Gymnasien. Heute zielt die Slowakei auch weiterhin auf nachhaltige Fortschritte in Forschung und Entwicklung. Dazu konzentriert sich die Innovationspolitik 2011-2013 der slowakischen Regierung auf die Stärkung der Zusammenarbeit des öffentlichen und des privaten Sektors für Innovation und die Förderung des naturwissenschaftlichen Unterrichts. Die Slowakische Akademie der Wissenschaften hebt sich hervor als führende wissenschaftliche Institution des Landes. Sie unterstützt eine Reihe von Projekten, die slowakischen Forschern helfen, ihre Zeichen zu setzen und zwar nicht nur in der Slowakei sondern in ganz Europa und weltweit. Eine solche Initiative im immer wichtiger werdenden Gebiet der Quanteninformation und des Quantenrechnens ist Quie2t (1). Das Projekt wird vom Institut für Physik der Slowakischen Akademie der Wissenschaften koordiniert und baut eine nachhaltige gesamteuropäische Forschungs-Architektur für Grundlagen der Quanteninformation und Technologien auf, die um die Gründung von vier virtuellen Instituten herum strukturiert sind, die sich auf Quanten-Kommunikations-, Quanten-Computing, Quanten-Informatik und Quantentechnologien konzentrieren. Die Initiative, an der auch Partner aus Deutschland, Frankreich, Italien, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich beteiligt sind, will erhebliche Fortschritte in der Quanteninformatik erreichen, einem Bereich, der zu Computern und Kommunikationssystemen mit einer Leistungsfähigkeit führen soll, die bis heute noch nicht erreicht wurden. Ein Quantencomputer, zum Beispiel, würde theoretisch in wenigen Sekunden eine Aufgabe lösen können, für die die heutigen PCs Milliarden von Jahren benötigen würden. Der gefeierte slowakische Physiker Vladimir Buzek, Koordinator von Quie2t, ist auch an einem anderen EU-geförderten Quantenformationsprojekt Q-Essenz (2) beteiligt. Der Schwerpunkt liegt hier auf dem eigenartigen - Albert Einstein bezeichnete es als "gespenstisches" - Phänomen, der Quantenverschränkung. Im Wesentlichen passiert eine Quantenverschränkung, wenn Teilchen wie Photonen, Elektronen und Moleküle physikalisch interagieren, dann getrennt werden, aber eng miteinander verbunden bleiben, auch wenn sie Tausende von Kilometern voneinander entfernt sind. Dies entgeht dem allgemeinen physikalischen Verständnis, doch ein Teilchen in Bratislava, würde dann, wenn es von einem Beobachter gemessen würde, das genaue Gegenteil der Qualitäten seines verschränkten Kollegen in Brüssel aufweisen. Ein Paar von Quantensystemen im verschränkten Zustand kann als Quanten-Informationskanal benutzt werden, um Rechen-, Kommunikations- und kryptographische Aufgaben durchzuführen, die klassische Systeme nicht durchführen können. Im Q-Essence-Projekt entwickeln die Forscher Protokolle, Architekturen, Schnittstellen und Komponenten, um verschränkungsfähige und verschränkungsverstärkte IT-Geräte wie Atomuhren, Quanten-Sensoren und Quanten-Zufallszahlen-Generatoren zu bauen. Sie arbeiten auch an neuen physikalischen Schicht-Architekturen für die Quanten-Kommunikation und an verteilten Quanteninformationsprotokollen für Vertrauen, Datenschutz und Sicherheit bei Multiusern. Während Quantentechnologien weitreichende Implikationen für die Zukunft haben, arbeiten andere slowakische Wissenschaftler an Technologien, die unmittelbarere Auswirkungen haben werden - gesellschaftliche, wirtschaftliche und ökologische. Von Autos bis Häusern: Energieeffizienz ist das Ziel slowakischer Forscher Während Europa sich anschickt, seine Abhängigkeit von importierten fossilen Brennstoffen zu reduzieren, die Energieeffizienz zu verbessern und die Umwelt zu schützen, werden Elektrofahrzeuge immer beliebter. Doch obwohl sich bereits viele Elektroautos auf europäischen Straßen tummeln, ist die Infrastruktur zu ihrer Unterstützung, von Ladestationen zu intelligenten Messsystemen, noch bei weitem nicht ausreichend. Umgekehrt könnten Elektrofahrzeuge, die mit der richtigen Infrastruktur und Smart-Grid-Technologie kombiniert sind, als Stromquellen selbst funktionieren, und damit Schwankungen bei Stromangebot und -nachfrage in Stromnetz ausgleichen. Das Unternehmen Broadbit Slovakia ist derzeit an zwei EU-finanzierten Projekten beteiligt, die diese Probleme angehen wollen. In der Powerup (3) Initiative, die die slowakische Firma koordiniert, entwickeln und testen Forscher aus sieben Ländern Fahrzeug-zu-Stromnetz-Schnittstellentechnologien, die die Stromversorgung - und -nachfrage ausgleichen sollen. Die Vision ist, dass in Zukunft Millionen von Elektrofahrzeugen nicht nur Strom aus dem Netz abzapfen sondern diesen den Strom auch zurückführen, sobald er benötigt wird. Im E-Dash (4)-Projekt, ist Broadbit Slovakia Teil eines pan-europäischen Konsortiums, das sich auf die andere Seite der Gleichung konzentriert: es Elektrofahrzeugen ermöglichen, so effizient und kostengünstig wie möglich wieder aufgeladen zu werden. "E-Dash zielt auf die Harmonisierung der Stromnachfrage in intelligenten Stromnetzen für die nachhaltige Integration von Elektrofahrzeugen. Dies erfolgt durch ein intelligentes Ladesystem mit nahezu Echtzeit-Austausch von Ladung-bezogenen Daten zwischen Elektrofahrzeug und dem Netz", so das Projekt-Team. "Durch den E-Dash-Ansatz können Elektrofahrzeuge mit Starkstrom schnell auf brandneue und unabhängige Art und Weise geladen werden. Weiterhin sind ein preislich angepasstes Laden sowie die Rückeinspeisung zu einem optimalen Preis für den Kunden möglich." Geld sparen, die Energieeffizienz verbessern und Strom ins Netz einspeisen sind Schwerpunkte eines weiteren Projekts, an dem das slowakische IKT-Unternehmen Ardaco beteiligt ist. Der Schwerpunkt der Smartcode (5)-Initiative liegt nicht auf Fahrzeugen sondern auf Gebäuden und Stadtteilen. Die Projektforscher bemühen sich, preiswerte und einfach zu implementierende Technologie für ein intelligentes Energiemanagement zu entwickeln. Ihr Ziel ist die effiziente Verwaltung der Nachfrage von elektrischen Geräten in Gebäuden und die Koordination der Versorgung aus lokalen Energiequellen. Dazu könnten Sonnenkollektoren auf den einzelnen Häusern gehören oder kleine Windparks, wodurch lokale intelligente Stromnetze geschaffen werden, die mit größeren Stromnetzen verbunden sein könnten. "Das Ergebnis dieses "global denken, lokal handeln "-Projekts wird die Energieintensität insgesamt senken und es gleichzeitig Wohngebäuden und kleinen Geschäftsräumen ermöglichen, von einem offenen europäischen Strommarkt zu profitieren", sagt Prof. Dr. Christoph Grimm, wissenschaftlicher Koordinator von Smartcode. Wie und wann Gebäude genutzt werden und wer sie nutzt, sind wichtige Informationen für das effiziente Management des Energieverbrauchs. Adapt4ee (6), ein Projekt, an dem die Technische Universität Kosice in der Slowakei beteiligt ist, geht dieses Problems durch die Entwicklung von Mess- und Analysetechnik an, sodass Geschäfts- und Belegungsdaten in Planung, Entwurf und Bewertung von energieeffizienten Gewerbebauten einfließen können. Die Forscher zielen darauf ab, ein verbessertes semantisches Datenmodell zu schaffen, das für die intelligente Verwaltung des Energieverbrauchs in Gebäuden je nach der Art des Geschäfts, der Tageszeit und des Grads der Besetzung genutzt werden kann. Mit einem ähnlichen wirtschaftlichen Fokus beteiligt sich die Technische Universität Kosice zusammen mit dem slowakischen Unternehmen Intersoft an dem Projekt Ebbits (7). Dieses will Unternehmen die einfache Integration vernetzter Geräte und Anwendungen für intelligente Umgebungen - das so genannte "Internet der Dinge" - in ihre Geschäftsprozesse ermöglichen. Mit einer service-orientierten Architektur, die auf offenen Protokollen und Middleware basiert, ist es das Ziel der Forscher, die Lücke zwischen dem Internet der Dinge und Unternehmensanwendungen, Personen, Dienstleistungen und der physischen Welt zu überbrücken. Ziel ist es, eine Plattform zu schaffen, die Geräte und Teilsysteme in Web-Services transformiert, wobei Informationen eingegeben werden, die durch "Radio Frequency Identification "(RFID)-Tags oder Sensoren für eine breite Palette von Anwendungen, angefangen bei der Nachverfolgbarkeit von Lebensmitteln bis zum Lebenszyklusmanagement direkt in die Systeme der Unternehmen eingespeist werden. --- Die in diesem Artikel beschriebenen Projekte wurden finanziell durch das Siebte Rahmenprogramm für Forschung (RP7) unterstützt. (1) Quie2t: Quantum information entanglement-enabled technologies (2) Q-Essence: Quantum interfaces, sensors and communication based on entanglement (3) Powerup: Specification, Implementation, Field Trial, and Standardisation of the Vehicle-2-Grid Interface (4) e-Dash: Electricity Demand and Supply Harmonizing for EVs (5) Smartcode: Smart Control of Demand for Consumption and Supply to enable balanced, energy-positive buildings and neighbourhoods (6) Adapt4ee: Occupant Aware, Intelligent and Adaptive Enterprises (7) Ebbits: Enabling business-based Internet of Things and Services - An Interoperability platform for a real-world populated Internet of Things domain Nützliche Links: - RP7 auf CORDIS - Quie2t auf CORDIS - Q-Essence auf CORDIS - Powerup auf CORDIS - e-Dash auf CORDIS - Smartcode auf CORDIS - Adapt4ee auf CORDIS - Ebbits: auf CORDIS