Europäische Marktführerschaft im Bereich Quantensensorik: Dieses Ziel verfolgt macQsimal, ein neues Projekt, das die Europäische Kommission für ihre kürzlich ins Leben gerufene Flagship-Initiative "Quantum Technologies" ausgewählt hat. Mit beteiligt ist auch das 5. Physikalische Institut der Universität Stuttgart unter der Leitung von Prof. Tilman Pfau.
Mit dieser groß angelegten Forschungsinitiative will die Europäische Union die neuen Entwicklungen im Bereich der Quantentechnologie beschleunigen. Im Rahmen von macQsimal werden 14 Projektpartner aus Wissenschaft und Industrie aus sieben Ländern Quanteneffekte nutzen, um Sensoren und Metrologieanwendungen mit beispielloser Empfindlichkeit, Genauigkeit und Auflösung zu entwickeln. Ziel ist die Erschließung neuer kommerzieller Möglichkeiten.
Die erste Quantenrevolution führte zu bahnbrechenden Technologien wie dem Transistor und dem Laser, ohne die heutige Computer, Mobiltelefone oder das Internet undenkbar gewesen wären. Mittlerweile lassen sich fundamentale Quanteneigenschaften in Systemen und Materialien gezielt steuern. Dieser Fortschritt ebnet heute den Weg für eine zweite Quantenrevolution. Ein globales Wettrennen hat begonnen, das enorme Potenzial der Quantentechnologien (QT) auszuschöpfen und Innovationen in Bereichen wie Gesundheit, Sicherheit, Verkehr, Energie und Umweltwissenschaften voranzutreiben. Die mit einer Milliarde Euro ausgestattete EU-Forschungsinitiative "Quantum Flagship" soll Europa an die Spitze dieser zweiten Revolution bringen, indem sie Projekte unterstützt, die das volle Potenzial von QT freisetzen und kommerzielle Produkte auf den Markt bringen.
Sensorleistung bis an die von der Natur gesetzten Grenzen bringen
Quantensensoren werden als Schlüsseltechnologie für erste Fortschritte dieser neuen Technologie-Ära angesehen. Sie versprechen, die Leistung von elektronischen Geräten, medizinischen Anwendungen und zukünftigen Anwendungen im Internet der Dinge drastisch zu steigern. Im Rahmen der Quantum Flagship-Initiative wird das macQsimal-Projekt das Potenzial der atomaren Dampfzellen für eine neue Generation von hocheffizienten Sensoren ausschöpfen. "Unsere neuartigen Sensoren können zum Beispiel bestimmte Substanzen in der Atemluft messen und ermitteln, in exakt welcher Konzentration sie zu welchem Zeitpunkt vorhanden sind. Diese künstliche Nase ist um Faktor zehn empfindlicher als eine Hundenase und könnte die medizinische Diagnostik revolutionieren", erklärt Tilman Pfau vom 5. Physikalischen Institut an der Universität Stuttgart.
Das Verfahren, dessen sich Tilman Pfau und sein Team zusammen mit dem interdisziplinären Zentrum für Integrierte Quantenwissenschaft und Quantentechnologie (IQST) für ihre Messungen bedienen, nennt sich "optogalvanische Rydbergspektroskopie". „Wir bringen mit unseren Lasern bestimmte Moleküle, zum Beispiel Stickstoffmonoxid, in einen hochangeregten Zustand, einen sogenannten Rydbergzustand. Sobald die Moleküle in der Gaswolke aufeinander stoßen, werden sie ionisiert. Die dadurch entstandenen Ladungen werden gezählt und geben Rückschluss auf die Anzahl der Stickstoffmonoxid-Moleküle in der Probe", erklärt Projektmitarbeiter Harald Kübler vom 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart das Verfahren. In weiterer Folge wollen die Wissenschaftler ihren Sensor zur Analyse von relevanten Molekülen im ausgeatmeten Atemgas, also beispielsweise dem Entzündungsbiomarker Stickoxid (NO), anwenden und testen.
Fachlicher Kontakt:
Prof. Dr. Tilman Pfau, 5. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart,Tel: +49 711 685-64846, E-Mail