Vom Motorenwerk ins Kryostaten-Labor

In ihrer Ausbildung zur Elektronikerin für Automatisierungstechnik bei Siemens habe sie zum Teil mit deutlich größerer Elektronik hantiert als das heute in ihrer Doktorarbeit der Fall sei, meint Nicole lachend und erinnert sich an ihre Ausbildungsstation in einem Motorenwerk in Nürnberg zurück. Dass sie beruflich einmal eine technische Richtung einschlagen würde, habe sich bereits sehr früh abgezeichnet. „Schon im Grundschulalter hatte ich ein Multimeter in der Hand, um damit die Spannung von Batterien zu messen.“ Nach dem Abitur entschied sie sich schließlich für Elektrotechnik und Informationstechnik als duales Studium an der Technischen Hochschule Nürnberg.

„Das duale Studium ist eine tolle Kombination aus handwerklich und fachlich“, findet Nicole. Was die fachlichen Inhalte betreffe, sei das Studium viel tiefgreifender. Dafür könne man in der Ausbildung mehr Hand anlegen. „In der Ausbildung zur Elektronikerin, grob gesagt, verdrahtet und lötet man oder baut Anlagen.“ Die neue Photovoltaik-Anlage konnten sie und ihr Vater – Bauingenieur und Professor für Elektrotechnik – deshalb auch ganz ohne fremde Hilfe aufs eigene Hausdach bauen. Handwerken sei etwas, das sie grundsätzliche gerne in ihrer Freizeit mache, erzählt Nicole. Neben der Installation einer PV-Anlage oder kleineren und größeren Renovierungsarbeiten am Haus, kann das auch die Arbeit im Garten sein. Jetzt, wo der Frühling da ist, ist der auch bereits wieder auf Vordermann gebracht.

Hand anlegen konnte die junge Elektrotechnikerin auch gleich zu Beginn ihrer Promotion. Denn das Kryostaten-Labor, in dem sie den Großteil ihrer bisherigen Forschungsarbeit geleistet hat, musste erstmal aufgebaut und eingerichtet werden. Ihre Aufgabe sei es zum Beispiel gewesen, die geeigneten Messgeräte auszusuchen und den Messplatz einzurichten und zu automatisieren, erzählt Nicole. Auch die Ausstattung des Kryostaten habe sie mit ausgesucht. Letzterer sei allerdings erst nach zwei Jahren geliefert worden. „Und noch frustrierender war, dass, kurze Zeit nachdem wir den Kryostaten in Betrieb genommen haben, die Klimaanlage im Labor ausgefallen ist und man den Kryostaten ein paar Monate nicht benutzen konnte“, berichtet die Doktorandin von der „logistischen Pechsträhne“. Mittlerweile kann sie darüber lachen und immerhin gelang es ihr in der Zeit zwischen Lieferung und dem Versagen der Klimaanlage erste Messungen durchzuführen und ausreichend Daten für eine erste Veröffentlichung zu generieren.

Mittlerweile wird noch ein zweites Kryo-Labor eingerichtet. Der neue Kryostat ist größer und kann außerdem noch tiefere Temperaturen erreichen als der Kryostat, mit dem Nicole bisher gearbeitet hat. Auch hier ist sie wieder mit dem Aufbau des Labors betraut. Neben der handwerklichen Arbeit war es aber auch stets das Eintauchen in komplexe Sachverhalte und das Suchen nach Antworten auf unbeantwortete Fragen, was Nicole angetrieben hat. Sie habe den Dingen schon immer auf den Grund gehen wollen, erzählt sie. Mit fertigen Formeln habe sie sich nie zufriedengegeben. „Wenn es darum ging, wie etwas hergeleitet wird, dann war ich die Erste, die sich daran gemacht hat. Ich wollte schon immer wissen ‚Wie kommt man da drauf?‘.“ Nach dem dualen Bachelorstudium und einer Masterarbeit, die sie ebenfalls in einem Betrieb absolvierte und aus der sogar ein Patent resultierte, sei sie vor der Entscheidung gestanden, in der Entwicklungsabteilung zu bleiben oder einen Schritt mehr Richtung Forschung zu gehen. „Das Witzige ist, schon im Bachelor haben meine Kollegen bei Siemens gesagt: ‚Wenn einer von uns promoviert, dann bist du das‘“, erinnert sich die Doktorandin und lacht. Und so kam es dann auch. Auf der Suche nach Promotionsstellen sei sie auf der Website der FAU auf die Stelle des Munich Quantum Valley gestoßen: „Mikrowellenschaltungen für einen Quantencomputer zu machen – das klang total spannend.“ Zwar habe sie in den Medien schon einmal von Quantencomputern gehört, im Rahmen ihrer Ausbildung war sie bis dahin aber noch nicht damit in Berührung gekommen. Aber über die Promotion in ein neues Thema reinzukommen – „das hat mich eigentlich eher motiviert.“

Innovative Hochfrequenz-Technik für skalierbare Quantencomputer

Ziel ihrer aktuellen Forschung sei es, den Designprozess von Mikrowellenschaltungen für Quantencomputer zu beschleunigen, erklärt Nicole. „Ich untersuche, wie sich HF-Eigenschaften von einzelnen Komponenten oder Platinen-Materialien ändern, wenn wir uns dem Temperaturnullpunkt annähern, und dann modelliere ich dieses Verhalten, um diese Modelle den HF-Schaltungsdesignern mitzugeben.“ Längerfristig wolle man ihre Ergebnisse beispielsweise für die Entwicklung eines gepulsten Verstärkers nutzen, fährt die Elektrotechnikerin fort. Der Prozessor eines supraleitenden Quantencomputers, auf dem sich die einzelnen Qubits befinden, wird in der Regel ganz unten im Kryostaten platziert. Dort ist es am kältesten. Über lange Kabel werden die Qubit-Signale durch die verschiedenen Kältestufen des Kryostaten nach oben und schließlich zu den Messgeräten geleitet, die sich außerhalb des Kryostaten befinden. Aktuell würden Verstärker in der Regel in der oberen Kammer des Kryostaten eingebaut, also bei einer Temperatur von vier Kelvin betrieben, erklärt Nicole. Ihr Ziel sei es nun, eine Verstärkerschaltung zu entwickeln, die bei noch kälteren Temperaturen funktioniert und die man somit näher am Prozessor platzieren kann. „Wir wollen diese extrem schwachen Signale möglichst schnell verstärken, so dass sie auf ihrem Weg über die langen Kabel im Auslesepfaden nicht so sehr vom thermischen Rauschen gestört werden, das man dann auf höheren Temperaturstufen hat.“ Darüber hinaus soll der künftige Verstärker gepulst betrieben werden, also anders als die aktuellen Verstärker, die im Dauerbetrieb sind, nur dann angeschaltet werden, wenn gerade ein Signal ausgelesen wird. „Dadurch kann der Wärmeeintrag reduziert werden, was es wiederum erlaubt mehr Qubits und Auslesepfade in den Kryostaten zu packen.“ Ihre Arbeit trage somit auch zur Skalierung supraleitender Quantencomputer bei.

Bevor man sich an das konkrete Design einer Mikrowellenschaltung für solch einen gepulsten Verstärker machen könne, müsse man aber eben erst einmal herausfinden, wie sich das verwendete Platinen-Material und benötigte Bauteile wie Kondensatoren, Widerstände oder Transistoren verhalten, wenn man diese immer weiter abkühlt, fasst Nicole ihre zentrale Aufgabe nochmals zusammen. Allein die technische Möglichkeit zu haben, sich dem absoluten Temperaturnullpunkt bis auf wenige Millikelvin zu nähern und ihre HF-Komponenten und -schaltungen immer weiter herunter zu kühlen, fasziniert die Doktorandin. „Ich mache kein klassisches Hochfrequenz-Schaltungsdesign, sondern betreibe die Bauteile an der Grenze der Physik.“
 

Veröffentlicht am 30. April 2026; Interview am 24. März 2026.