{"id":33475,"date":"2026-03-31T08:45:48","date_gmt":"2026-03-31T06:45:48","guid":{"rendered":"https:\/\/fmd-insight.de\/?p=33475"},"modified":"2026-04-07T12:45:34","modified_gmt":"2026-04-07T10:45:34","slug":"supraleitende-kabel-fuer-den-quantencomputer-ueber-die-herausforderung-der-fertigung-und-skalierung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/news\/interviews\/supraleitende-kabel-fuer-den-quantencomputer-ueber-die-herausforderung-der-fertigung-und-skalierung\/","title":{"rendered":"Supraleitende Kabel f\u00fcr den Quantencomputer<\/strong> | \u00dcber die Herausforderung der Fertigung und Skalierung"},"content":{"rendered":"\n
©<\/span>Adobe Stock | Vitte Yevhen <\/div><\/div><\/div>\n
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Im Interview: Elias Meltzer vom Fraunhofer EMFT<\/strong><\/p>\n<\/div><\/div><\/div> \n <\/div>\n\n \n <\/div>\n\n\n

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Damit ein Quantencomputer sein volles Potenzial entfalten kann, muss er unter extrem niedrigen Temperaturen arbeiten. Gleichzeitig m\u00fcssen zahlreiche Signale zur Steuerung und Auslese der Qubits \u00fcbertragen werden, ohne den Kryostat thermisch zu belasten oder St\u00f6rungen einzubringen. Um dies zu erm\u00f6glichen, braucht es spezielle supraleitende Flachbandkabel, die hohe Signaldichten bei geringem thermischem Aufwand realisieren. Elias Meltzer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer EMFT<\/a>, entwickelt genau diese Leitungen. Im Interview erkl\u00e4rt er, warum herk\u00f6mmliche Kabel an ihre Grenzen sto\u00dfen, wie die \u00bbRolle-zu-Rolle\u00ab-Fertigung die Skalierung erm\u00f6glicht und warum Gold ein unverzichtbarer Partner f\u00fcr spr\u00f6des Niob ist.<\/strong><\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n <\/div>\n\n\n

Herr Meltzer, Sie arbeiten am Fraunhofer EMFT in der Abteilung Elektrische Verbindungstechnik. Mit welchen Themen besch\u00e4ftigen Sie sich in Ihrem Arbeitsalltag?<\/p>\n<\/div>

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Wie der Name schon verr\u00e4t, besch\u00e4ftigen wir uns in der Abteilung mit allen Arten der Verbindungstechnik. Also mit l\u00f6sbaren Verbindungen wie Steckkontakten aber auch Crimpen oder L\u00f6ten. Dabei st\u00fctzt sich unsere Arbeit auf drei eng verzahnte S\u00e4ulen: die Forschung, die Analytik und die Schulung f\u00fcr die Industrie. Das hei\u00dft, Erkenntnisse aus unserer Forschung flie\u00dfen direkt in neue Kurse und Schulungen ein, sodass Theorie und Praxis Hand in Hand gehen. Ein Schwerpunktthema, das aktuell immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die Entwicklung spezialisierter Hardware-Komponenten f\u00fcr das Quantencomputing. In diesem Kontext entwickeln wir gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus der Abteilung \u00bbFlexible Systeme\u00ab hochdichte, flexible Flachbandkabel. Das Thema treiben wir gemeinsam mit dem Fraunhofer IIS auch im Rahmen des Munich Quantum Valley (MQV) voran.<\/p>\n<\/div>

Quantencomputer gelten als die n\u00e4chste Generation von Rechenarchitekturen. Welches technologische Potenzial bergen sie und warum sind sie herk\u00f6mmlichen Rechnern in bestimmten Bereichen \u00fcberlegen?<\/p>\n<\/div>

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W\u00e4hrend klassische Computer mit Bits arbeiten, die nur den Wert Null oder Eins annehmen, k\u00f6nnen Qubits durch ihre Quanteneigenschaften viele Zust\u00e4nde gleichzeitig repr\u00e4sentieren. Dadurch k\u00f6nnen Quantencomputer komplexe Zust\u00e4nde so darstellen, wie sie in der Natur auf atomarer Ebene vorkommen. Deshalb sind sie besonders geeignet, um beispielsweise chemische Katalysatoren oder potenzielle Wirkstoffmolek\u00fcle zu simulieren. Davon abgesehen, k\u00f6nnen Quantencomputer auch viel effizienter sein. In Kombination mit den richtigen mathematischen Operationen l\u00e4sst sich der Rechenaufwand massiv reduzieren. Wenn ein klassischer Computer z. B. eine bestimmte Zahl unter vielen sucht, braucht er N Versuche. Er muss also N-mal rechnen. Ein Quantencomputer schafft das in nur etwa \u221aN Schritten. Das ist besonders f\u00fcr den Themenbereich Ent- und Verschl\u00fcsselung interessant, da Zahlenkombinationen mit einem Quantencomputer entsprechend schneller durchgegangen werden k\u00f6nnen. Was nat\u00fcrlich bedeutet, dass Sicherheitsverfahren einerseits gest\u00e4rkt werden, andererseits herk\u00f6mmliche Codes viel anf\u00e4lliger f\u00fcr Angriffe werden.<\/p>\n

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Grunds\u00e4tzlich ist die Technologie \u00fcberall dort spannend, wo klassische Rechner an ihre Grenzen sto\u00dfen. Allerdings kann ich mir aktuell nicht vorstellen, dass sie komplett durch Quantencomputer ersetzt werden. Ich sehe da eher ein Zusammenspiel der beiden Architekturen.<\/p>\n<\/div>

Google strebt langfristig Quantencomputer mit rund einer Million Qubits an. Warum ist es technisch so schwierig, Quantencomputer auf diese Gr\u00f6\u00dfenordnung zu skalieren, und welche Rolle spielt dabei die K\u00fchlung der Qubits?<\/p>\n<\/div>

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Qubits sind extrem fehleranf\u00e4llig und unterliegen der Dekoh\u00e4renz, da sie ihren Quantenzustand bereits bei kleinsten \u00e4u\u00dferen Einfl\u00fcssen verlieren. Schon minimales thermisches Rauschen von der Elektronik, die bei Raumtemperatur funktioniert, kann ihren Zustand ver\u00e4ndern. Um trotzdem zuverl\u00e4ssig rechnen zu k\u00f6nnen, werden mehrere physische Qubits zu einem \u00bblogischen Qubit\u00ab zusammengeschaltet. Fehler, die einzelne physische Qubits treffen, lassen sich so statistisch ausgleichen. Das treibt allerdings die Anzahl der ben\u00f6tigten Qubits und damit den Verkabelungsaufwand massiv in die H\u00f6he. Denn jedes physische Qubit ben\u00f6tigt Leitungen, um gesteuert und ausgelesen zu werden.<\/p>\n

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Wie jedoch schon erw\u00e4hnt, werden die Qubits in Kryostaten auf verschiedenen Temperaturebenen bis zu 10 Millikelvin herunter gek\u00fchlt, damit die Systeme funktionieren. Das Problem ist nun die physikalische Verbindung. Bei einer Million Qubits und zwei bis drei Kabeln pro Qubit w\u00fcrde so viel W\u00e4rme eingeleitet, dass der Kryostat die Temperatur nicht mehr halten k\u00f6nnte. Um st\u00f6rende Einfl\u00fcsse von oben zu minimieren, werden oft D\u00e4mpfungsglieder eingesetzt. Oberhalb des Kryostats wird ein starkes Steuersignal eingespeist, dessen Leistung auf dem Weg nach unten bewusst reduziert wird, sodass beim Qubit nur noch ein Bruchteil ankommt. So wird auch das \u00fcberlagerte thermische Rauschen ged\u00e4mpft.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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Supraleitendes, flexibles, geschirmtes Kabel mit PCB Direktkontaktierung, montiert im Kryostaten. Das flexible Kabel ersetzt 16 konventionelle Koaxialkabel.
©<\/span>Fraunhofer EMFT<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

Kommt bei so vielen Kabeln auch ein Platzproblem im Kryostat hinzu?<\/strong><\/p>\n

\u00bbAbsolut. Herk\u00f6mmliche Koaxialkabel und SMA-Stecker sind relativ gro\u00df. Wenn Sie tausende Leitungen manuell in den Kryostat ziehen m\u00fcssen, verlieren Sie v\u00f6llig den \u00dcberblick. Schon eine einzige falsche Steckverbindung ist ein riesiges Problem. Und aktuell ist das alles noch Handarbeit auf Laborebene, da Kabel schwer durch Roboter zu h\u00e4ndeln sind. F\u00fcr die von Google geplanten Millionen Qubits ist das eine der gr\u00f6\u00dften H\u00fcrden. Es braucht also generell eine Herangehensweise, die nicht nur die thermischen Probleme l\u00f6st, sondern auch extrem platzsparend ist. Hier kommen unsere speziellen supraleitenden Flachbandkabel ins Spiel.\u00ab<\/p>\n

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Wie l\u00f6sen die am Institut entwickelten supraleitenden Kabel diesen Teufelskreis aus W\u00e4rmeleitung und Signalqualit\u00e4t auf?<\/strong><\/p>\n

\u00bbUnsere Kolleginnen und Kollegen aus der Abteilung Flexible Systeme arbeiten an extrem d\u00fcnnen Flachbandkabeln auf Kapton-Basis, die weniger als ein zehntel Millimeter dick sind. Da der W\u00e4rmefluss direkt vom Querschnitt abh\u00e4ngt, reduziert diese geringe Dicke schon die W\u00e4rme, die nach unten zu den Qubits gelangt. Der entscheidende Clou ist aber das Material. Wir nutzen Supraleiter wie Niob oder Niob-Legierungen.<\/p>\n

Diese Materialien leiten unterhalb ihrer Sprungtemperatur von etwa 9 Kelvin Strom hervorragend, aber W\u00e4rme fast gar nicht. Sie isolieren thermisch wie der Kunststoff, auf dem sie liegen. So l\u00f6sen wir das thermische Problem, ohne Signalqualit\u00e4t zu opfern. Gleichzeitig sparen wir massiv Platz. Da wir gemeinsam mit dem IIS die Kabel selbst designen, k\u00f6nnen wir passive Strukturen wie Filter oder D\u00e4mpfungsglieder sogar direkt in das Kabel integrieren, was hochintegrierte L\u00f6sungen erm\u00f6glicht.\u00ab<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

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Das Wiedemann-Franzsche Gesetz<\/h2>\n

Um den W\u00e4rmeeintrag zu stoppen, greift man normalerweise das Wiedemann-Franzsche Gesetz zur\u00fcck. Es besagt: Materialien, die Strom gut leiten, leiten auch W\u00e4rme gut. Deshalb werden f\u00fcr Kabel oft Materialien mit geringer elektrischer Leitf\u00e4higkeit, wie Stahl, eingesetzt. Am Fraunhofer EMFT in der Abteilung Flexible-Systeme kommen jedoch Supraleiter wie Niob zum Einsatz. Diese werden ab ca. 9 Kelvin supraleitend. Sie leiten Strom dann nahezu perfekt, aber W\u00e4rme nahezu so schlecht wie ein Isolator Polymer. Das bricht den Teufelskreis aus W\u00e4rme und Leitf\u00e4higkeit.<\/p>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n

Sie erw\u00e4hnten ein spezielles \u00bbRolle-zu-Rolle\u00ab-Verfahren zur Herstellung dieser Kabel. Wie kann man sich das vorstellen?<\/p>\n<\/div>

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Das ist ein komplexer Prozess in sieben Schritten. Wir starten mit einer Rolle Kapton-Folie, die als Substrat dient. Die Vorder- und R\u00fcckseite der Folien sind durch feine Kontaktl\u00f6cher miteinander verbunden.<\/p>\n

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Der gro\u00dfe Vorteil gegen\u00fcber herk\u00f6mmlichen Waferbasierten-Verfahren, bei denen die Gr\u00f6\u00dfe der Scheibe begrenzt ist, besteht darin, dass wir hier mit flexiblem Substrat zwischen zwei Rollen arbeiten. Das erm\u00f6glicht uns theoretisch die Produktion von endlos langen Kabeln am St\u00fcck. Das ist ein riesiger Sprung f\u00fcr die Automatisierung und Skalierung.<\/p>\n<\/div>

Das supraleitende Verbindungskabel sieht fast aus wie ein goldenes Geschenkband. Ist das alles Niob?<\/p>\n<\/div>

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Das Gold sehen wir vor allem im Kontaktbereich. Niob selbst wird zwar ab etwa neun Kelvin supraleitend, ist aber ein sehr hartes und spr\u00f6des Metall. Um eine zuverl\u00e4ssige Verbindung zur Leiterplatte herzustellen, brauchen wir jedoch ein weiches Material, das sich gut anpresst und nicht oxidiert. Da ist Gold ideal.<\/p>\n

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Auf dem Kabel sind tausende kleiner L\u00f6cher. Das sind die Vias, die daf\u00fcr sorgen, dass jede einzelne Leitung durch einen sogenannten \u00bbVia Fence\u00ab (einen Schutzzaun aus Durchkontaktierungen) von den benachbarten Leitungen abgeschirmt ist. Dies verhindert das sogenannte \u00dcbersprechen (Crosstalk): Dabei w\u00fcrden die elektromagnetischen Felder eines Signals ungewollt Str\u00f6me in der Nachbarleitung induzieren und so die hochempfindlichen Quanteninformationen verf\u00e4lschen.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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Supraleitende Verbindungstechnik \u2013 D\u00fcnne Flachbandkabel auf Polyimid-Basis mit goldener F\u00e4rbung von der Veredlung der Kontaktfl\u00e4chen. Die supraleitenden Niob-Leitungen sorgen f\u00fcr eine nahezu verlustfreie Signal\u00fcbertragung bei minimaler W\u00e4rmeleitung.
©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div>\n <\/div>\n\n\n

Wie stellen Sie sicher, dass diese winzigen Kontakte bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt halten?<\/p>\n<\/div>

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Das ist eine der gr\u00f6\u00dften Herausforderungen. Beim Abk\u00fchlen der Raumtemperatur auf fast null Kelvin zieht sich alles thermisch massiv zusammen. Um trotzdem einen sicheren Kontakt zu gew\u00e4hrleisten, setzen wir auf eine Leiterplattendirektkontaktierung. Die Kontaktfl\u00e4chen des Kabels werden mit mechanischer Kraft direkt auf die Fl\u00e4chen der Leiterplatte gedr\u00fcckt. Dabei verwenden wir spezielle Federelemente und Stempel. Diese halten den Druck genau dort aufrecht, wo wir ihn brauchen.<\/p>\n

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Anschlie\u00dfend ist ein wenig Geduld gefragt. Da das Material W\u00e4rme so schlecht leitet, dauert es eine Weile, bis das System thermalisiert ist, also die Zieltemperatur erreicht hat. Erst dann sehen wir in den Messungen den typischen Sprung des Widerstandes und wissen, dass das Kabel supraleitend ist.<\/p>\n<\/div>

Das Projekt MUNIQC-SC, in dessen Rahmen die Entwicklung der Kabel gef\u00f6rdert wird, l\u00e4uft noch bis Ende 2026. Wie ist der aktuelle Forschungsstand?<\/p>\n<\/div>

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Dazu entwickeln wir derzeit einen System-Demonstrator. Ziel ist es, die Performance echter Qubits unter Verwendung unserer neuartigen Leitungen detailliert zu charakterisieren. Dabei steht der Nachweis im Vordergrund, dass die Signale verlustfrei und ohne st\u00f6rende Wechselwirkungen \u00fcbertragen werden k\u00f6nnen, was eine entscheidende Voraussetzung f\u00fcr die Skalierbarkeit zuk\u00fcnftiger Quantenprozessoren ist.<\/p>\n

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Parallel dazu optimieren wir die Fertigungsprozesse, um die Materialreinheit an den entscheidenden Schnittstellen weiter zu erh\u00f6hen. Durch innovative Prozessschritte stellen wir sicher, dass die Integrit\u00e4t der supraleitenden Pfade \u00fcber die gesamte Kabell\u00e4nge hinweg gewahrt bleibt.<\/p>\n<\/div>

Welche Messungen haben Sie bisher durchgef\u00fchrt, um die Qualit\u00e4t der Kabel zu pr\u00fcfen?<\/p>\n<\/div>

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Ein wesentlicher Meilenstein war die Bestimmung der S-Parameter (Streuparameter) unserer Leitungen. Diese Kennzahlen beschreiben pr\u00e4zise, wie Signale und Wechselstr\u00f6me bei unterschiedlichen Frequenzen \u00fcbertragen werden. Unsere Messungen decken eine Bandbreite von 0 bis 10 GHz ab \u2013 ein Bereich, der weit \u00fcber den typischen Arbeitsfrequenzen aktueller Quantensysteme von etwa 5 GHz liegt.<\/p>\n

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Durch die Analyse der Impulse konnten wir die Effizienz der Signal\u00fcbertragung (Transmission) sowie die Signalreflexionen untersuchen. Dabei zeigt sich die Supraleitung der Kabel bereits deutlich: Die Verluste sind minimal, was belegt, dass die Leitungen die hohen Anforderungen an die Signalintegrit\u00e4t erf\u00fcllen. Diese Ergebnisse bilden die ideale Basis f\u00fcr den n\u00e4chsten Schritt: den Aufbau eines System-Demonstrators, um die Performance der Leitungen direkt im Betrieb mit Qubits zu validieren.<\/p>\n<\/div>

In Deutschland arbeiten Forschungsgruppen und Firmen aktuell an Systemen mit rund 30 Qubits, w\u00e4hrend Google bereits gezeigt hat, dass sich \u00fcber 100 physische Qubits zu logisch verschalteten Qubits kombinieren lassen. Wann rechnen Sie mit dem gro\u00dfen Durchbruch bei der Skalierung?<\/p>\n<\/div>

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Das ist schwer vorherzusagen. Google hat mit seinen 105 Qubits einen wichtigen Schritt gemacht, aber wir stehen bei der notwendigen Infrastruktur noch am Anfang. Ich bezeichne unsere Arbeit gern als \u00bbEnabling-Technology\u00ab, denn erst wenn wir die Hardware-Probleme \u2013 also die Kabel, die Kontaktierung und die K\u00fchlung \u2013 wirklich im Griff haben, wird die Skalierung auf tausende oder Millionen Qubits m\u00f6glich sein.<\/p>\n

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Das Interesse der Industrie ist jedenfalls riesig. Wir sehen, dass sowohl gro\u00dfe Kabelhersteller als auch Unternehmen, die Quantencomputer bauen, auf uns zukommen. Das zeigt uns, dass es hier einen massiven Entwicklungsbedarf gibt, den die Standard-Industrie aktuell noch nicht allein l\u00f6sen kann. Wir arbeiten deshalb in Projekten wie MUNIQC-SC oder auch MQV eng mit Partnern wie dem Fraunhofer IIS<\/a><\/strong> zusammen.<\/p>\n<\/div>

Gibt es Branchen, die besonders auf diese Rechenleistung warten? Wo wird der Quantencomputer zuerst einen Unterschied machen?<\/p>\n<\/div>

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Der eigentliche Wert dieser Technologie wird sich vor allem dort zeigen, wo unsere heutigen Rechner an ihre Grenzen sto\u00dfen. Ein besonders spannendes Feld sind die Werkstoffwissenschaften: Automobilhersteller investieren bereits heute Zeit und Ressourcen in das Thema, weil sie Materialeigenschaften auf einer ganz neuen Ebene verstehen wollen.<\/p>\n

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Auch in der Chemie und Biologie steht uns ein echter Umbruch bevor. Da Quantencomputer die Natur mit ihren eigenen Mitteln simulieren, k\u00f6nnen sie komplexe Molek\u00fcle und deren Reaktionen viel pr\u00e4ziser beurteilen.<\/p>\n

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Nicht zuletzt spielt die Sicherheit eine gro\u00dfe Rolle. Das Thema Verschl\u00fcsselung wird oft als erstes genannt, wenn es um Quantencomputing geht. Einerseits fordern diese neuen Kapazit\u00e4ten unsere aktuellen Sicherheitsstandards heraus, andererseits er\u00f6ffnen sie uns v\u00f6llig neue Wege, Daten absolut abh\u00f6rsicher zu \u00fcbertragen. Letztlich wird Quantencomputing f\u00fcr jede Aufgabe interessant, bei der es darum geht, aus unz\u00e4hligen M\u00f6glichkeiten den besten Zustand herauszufiltern. Das reicht bis in die Raumfahrt.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div>\n <\/div>\n\n\n

Text von: Katharina F\u00f6rster<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Wie lassen sich Millionen Qubits ohne thermische Belastung vernetzen und industriell skalieren? Die Antwort liegt in supraleitenden Niob-Flachbandkabeln, deren automatisierte Fertigung durch ein innovatives Rolle-zu-Rolle-Verfahren adressiert wird. Im Interview gibt Elias Meltzer vom Fraunhofer EMFT Einblicke in die \u00dcberwindung dieser physikalischen und produktionstechnischen H\u00fcrden im Kryostaten.<\/p>\n","protected":false},"author":144,"featured_media":33576,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":true,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[9],"tags":[],"class_list":["post-33475","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-interviews"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/33475","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/144"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=33475"}],"version-history":[{"count":10,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/33475\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":33580,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/33475\/revisions\/33580"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/33576"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=33475"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=33475"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=33475"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}