Disruptive Technologie Verbundprojekt will Quantensensoren für Industrie entwickeln

Autor / Redakteur: Katharina Juschkat / Nico Litzel

Das vom BMBF mit bis zu 15 Millionen Euro geförderte Verbundprojekt Q-Sens will die Grundlagenforschung zu Quantensensoren in marktreife Produkte übertragen. Profitieren sollen davon Industrieunternehmen, aber auch Anwendungen für dem Alltag.

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Mit künstlichen Nanodiamanten lassen sich Sensoren und etwa bildgebende Verfahren verbessern. Auch im neuen Zukunftscluster Q-Sens werden solche künstlichen Diamanten eingesetzt.
Mit künstlichen Nanodiamanten lassen sich Sensoren und etwa bildgebende Verfahren verbessern. Auch im neuen Zukunftscluster Q-Sens werden solche künstlichen Diamanten eingesetzt.
(Bild: Heiko Grandel / Universität Ulm)

Q-Sens, ein Verbundprojekt aus Forschung und spezialisierten Unternehmen, will Quantensensoren entwickeln und zur Marktreife bringen. Im Wettbewerb „Clusters4Future“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) hat sich das Projekt als eines von sieben Innovationsnetzwerken durchgesetzt und wird dafür vom BMBF mit bis zu 15 Millionen Euro in den kommenden drei Jahren gefördert.

Grundlagenforschung auf marktreife Produkte übertragen

Forscher der Universitäten Ulm und Stuttgart forschen seit vielen Jahren im Bereich der Quantensensorik. Im Verbundprojekt Q-Sens wollen sie jetzt ihre Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung in die Anwendung übertragen. Geplante Anwendungen für die Quantensensoren reichen von der personalisierten Medizin über das automatisierte Fahren bis zur Informationstechnologie. Unterstützt werden die Forscher von Industrieunternehmen, die in der Sensortechnologie spezialisiert sind, darunter Bosch, Zeiss und Bruker.

Prof. Joachim Ankerhold, Leiter des Instituts für Komplexe Quantensysteme, erklärt: „Die Besonderheiten der Quantenwelt bieten einzigartige Möglichkeiten zur Verbesserung der Sensorperformance. Revolutionäre Steigerungen der Empfindlichkeit eröffnen neue Anwendungen – von der Erdbeobachtung aus dem Weltraum bis zur Abbildung der menschlichen Gehirnaktivität.“

Präzise Messungen dank Quantenmechanik

Der Bereich der Quantensensorik verspricht, in absehbarer Zeit erste industrierelevante Anwendungen hervorzubringen und den wachsenden Bedarf an höchstpräziser Sensorik sowohl in der Industrie als auch im Consumer-Bereich zu decken. Die von Q-Sens entwickelten Technologien sollen zum einen Deutschland einen Technologievorsprung verschaffen. Zum anderen sollen sie einen entscheidenden Beitrag leisten, um einige der dringendsten Probleme der heutigen Zeit zu lösen: Die Forschungen konzentrieren sich deshalb auf disruptive Veränderungen in den vier gesellschaftlich hochrelevanten Themengebieten IoT, Gesundheit, Nachhaltigkeit und Mobilität.

Für solche Anwendungen werden Quantensensoren entwickelt, deren präzise Messungen sich an der Grenze des Machbaren bewegen. Diese Leistungsfähigkeit wird durch die Gesetze der Quantenmechanik möglich: Die Sensoren nutzen die Verschränkung und Dekohärenz der kleinsten Teilchen auf verschiedenen Quantenplattformen. Als physikalische Basis setzen die Forschenden in der ersten Förderphase auf Defekte in Festkörpern wie Diamanten. Später kommen weitere Quantenplattformen hinzu. In den ersten drei Jahren des Projekts sollen bestehende Technologien zur Serienreife gebracht werden.

Was Quantensensoren können

Quantensensoren zum Beispiel in der klinischen Diagnostik oder der medizinischen und biologischen Forschung haben das Potenzial, die heute existierenden Grenzen in der Sensorik, Analytik und Bildgebung zu überwinden und damit neue Geschäftsfelder in der Bio- und Medizintechnik zu erschließen. In autonomen Fahrzeugen könnten Quantensensoren die klassischen Sensoren verbessern, um die Sicherheit der Fahrzeuge zu erhöhen und einige Funktionen überhaupt erst zu ermöglichen. Und auch bei der batteriebasierten Speicherung von Energien werden Quantensensoren eine entscheidende Rolle spielen, da sie detaillierte Einblicke in die Funktion, den Ladungszustand sowie den Alterungsprozess von Batteriesystemen erlauben.

Komplettes Ökosystem der Quantensensoren abdecken

Q-Sens will in der Forschung die gesamte Lieferkette der Sensoren abdecken. Deshalb arbeiten die Universitäten Ulm und Stuttgart über das interdisziplinäre Zentrum für Integrierte Quantenwissenschaften und Technologie (IQST) seit vielen Jahren mit industriellen Partnern und weiteren Unternehmen und Forschungsinstituten zusammen.

Die Partner des Verbundprojektes sind:

  • Airbus
  • Bosch
  • Boehringer Ingelheim
  • Bruker
  • Endress + Hauser
  • HQS Quantum Simulations
  • Infineon
  • Nanoscribe
  • Noxygen
  • Nvision
  • Otto Bock
  • Qnami
  • Qant
  • Rentschler
  • Swabian Instruments
  • STI
  • Trumpf
  • Vanguard Automation
  • Zeiss
  • Fraunhofer IPA
  • Hahn Schickard
  • Institut für Mikroelektronik Stuttgart IMS Chips
  • Quantentechnologie-Standort des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Ulm (DLR-QT)

Zum Technologietransfer des Zukunftsclusters tragen künftig auch Angebote wie „Quanten 4 KMU“ bei. Über diese Plattform geben die Q-Sens-Akteure ihr Wissen an kleinere Unternehmen weiter und öffnen ihre Labore. So sollen die Einstiegshürden für die Nutzung der Quantentechnologie beseitigt werden. Dazu kommt ein sogenannter Quanteninkubator: Im „Gründerspace“ können Forschende und Studierende Ideen für Start-ups ausarbeiten und sich von den Q-Sens-Mitgliedern beraten lassen.

Hintergrund zum Wettbewerb „Clusters4Future“

Die sieben Zukunftscluster wurden in einem mehrstufigen Prozess von einer unabhängigen Expertenjury ausgewählt. Insgesamt waren 137 Wettbewerbsskizzen eingereicht worden. Im Herbst sollen die Cluster in die erste, dreijährige Förderphase eintreten. Jede Phase wird mit bis zu 15 Millionen Euro gefördert. Bei positiver Evaluation sind drei Förderphasen möglich. Weitere, in neuen Zukunftsclustern behandelte Themen umfassen Mobilitätskonzepte, die nachhaltige Nutzung der Meere, KI-Chips oder die Gentherapie.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal Industry of Things.

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