Forschung & Entwicklung

Quantentechnologie nutzbar machen

Ein Verbundprojekt von industriellen und universitären Partnern wird Quantentechnologie aus dem Labor in Industrieanwendungen überführen.

Die Quantentechnologie ist dabei den Sprung von der wissenschaftlichen Erforschung zur konkreten Anwendung zu vollziehen. Einen Beitrag hierzu leistet das Forschungsprojekt ‚Miniaturisierte Lichtquellen für den industriellen Einsatz in Quantensensoren und Quanten-Imaging-Systemen‘ (MiLiQuant), in dem Unternehmen und Universitäten kooperieren, um neue Entwicklungen in der Quantentechnologie nutzbar zu machen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt das Projekt während drei Jahren bis Anfang 2022 mit rund 9,4 Millionen Euro. Die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist an MiLiQuant im Rahmen einer Zusammenarbeit mit Robert Bosch beteiligt. Weitere Projektpartner sind Q.ant, Carl Zeiss, Nanoscribe und die Universität Paderborn.

In dem Verbundprojekt MiLiQuant werden Strahlquellen auf der Basis von Diodenlasern so weiterentwickelt, dass sie eine industrielle Nutzung der Quantentechnologien ermöglichen. Dazu sollen miniaturisierte, frequenz- und leistungsstabile Strahlquellen realisiert werden, die einen Einsatz auch außerhalb von Laborbedingungen erlauben. Die Erarbeitung dieser Basistechnologien erfolgt dabei im Hinblick auf konkrete Anwendungen aus den Bereichen Quantensensorik und Quanten-Imaging.

Miniaturisierte Lichtquellen werden für den industriellen Einsatz in Sensoren und bildgebenden Verfahren benötigt. Im Fokus des Verbundprojekts steht die Erforschung und Entwicklung kompakter, industrieller Lichtquellen mit Ausgangsleistungen bis zu 1 W. Diese Lichtquellen nutzen dabei entweder selbst quantenmechanische Phänomene oder sie ermöglichen die Nutzung quantenmechanischer Effekte. Wissenschaftler aus der Quanten-, Atom- und Neutronenphysik (Quantum) am Institut für Physik der JGU werden als Demonstration für einen Quantensensor in Zusammenarbeit mit Robert Bosch zwei sogenannte Gyroskope entwickeln, also Drehratensensoren, die zum Beispiel beim autonomen Fahren dafür sorgen, dass das Fahrzeug die Spur hält. „Wir erstellen einen Sensor auf der Basis von Kernspinkomagnetometrie mit Alkali-Gaszellen und einen weiteren auf der Basis von Farbzentren in Diamanten“, erklärt Dr. Arne Wickenbrock, Mitarbeiter von Quantum und dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM). Gerade in letzterem sehen die Forscher ein großes Miniaturisierungspotenzial.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten, die im Verbundprojekt realisiert werden sollen, sind beispielsweise der Einsatz diamantbasierter Sensoren in der medizinischen Diagnostik wie dem Nachweis von Hirn- und Nervenaktivität während einer Operation, Quantensensoren zur nicht invasiven Messung von Neuroaktivität und Herzfrequenz bei Ungeborenen und strahlungsreduzierte Mikroskopie im mittleren Infrarotbereich.

von mn

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