Messger\u00e4te \u00fcberwachen die Produktion und helfen bei der Steuerung von Anlagen, Sensoren detektieren verschiedene physikalische Parameter, Bildgebung wie Mikroskopie erm\u00f6glicht Einblicke in die Welt des Mikrokosmos. Erg\u00e4nzt man diese Devices, die auf der klassischen Physik beruhen, um quantentechnische Ans\u00e4tze, macht die Empfindlichkeit und Sensitivit\u00e4t einen gewaltigen Sprung nach oben. Welche Chancen und M\u00f6glichkeiten die Quantenwelt f\u00fcr den Bereich Instrumentation & Measurement bietet, zeigt die Anwendertagung mit begleitender Fachausstellung Quantum Photonics, die erstmalig am 13. und 14. Mai 2025 in Erfurt stattfindet.<\/p>\n
Im allt\u00e4glichen Leben st\u00f6\u00dft man \u00e4u\u00dferst selten auf Quantentechniken. Doch k\u00f6nnten die nach tiefster Physik klingenden Ans\u00e4tze k\u00fcnftig dabei helfen, alltagsrelevante Probleme zu l\u00f6sen. So w\u00e4re es etwa m\u00f6glich, dass Quanten-Magnetometer in Br\u00fccken integriert Materialerm\u00fcdung fr\u00fchzeitig entdecken \u2013 und beispielweise langfristig Ungl\u00fccke wie den Einsturz der Carolabr\u00fccke in Dresden verhindern.<\/p>\n
Quantentechniken bieten zahlreiche Vorteile f\u00fcr Unternehmen<\/p>\n
Noch reagieren Unternehmen jedoch recht z\u00f6gerlich, auf Quantensensorik und Co. zu setzen. Warum es sich f\u00fcr Firmen lohnt, in die neue Technik zu investieren, und wie sich Quantensysteme f\u00fcr Sensorik und Kommunikation preiswerter, modularer und miniaturisierter herstellen lassen, er\u00f6rtern Expertinnen und Experten auf der Kongressmesse Quantum Photonics am 13. und 14. Mai 2025 in Erfurt. \u201eUnser Ziel liegt darin, die Vorteile der Quantenphysik herauszustellen und den Quantenansatz tiefer im Bereich der Messtechnik zu verankern\u201c, sagt Dr. Ramona Eberhardt, Abteilungsleiterin und stellvertretende Institutsleiterin am Fraunhofer IOF. \u201eHierbei auch heimische Unternehmen ins Boot zu holen ist elementar, um die Prozessketten wieder in der Hand zu haben und die nationale Souver\u00e4nit\u00e4t herzustellen.\u201c<\/p>\n
Der gr\u00f6\u00dfte Vorteil, den Quanten f\u00fcr Instrumentation & Measurement bieten, liegt in der hohen Sensitivit\u00e4t. W\u00e4hrend Sensitivit\u00e4t und Empfindlichkeit beim Bau eines Quantencomputers einen Nachteil darstellen, den man zu \u00fcberwinden versucht, bietet sie in der Messtechnik einen konkreten Nutzen: Physikalische Gr\u00f6\u00dfen wie Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Beschleunigung, elektrische Felder oder Gravitation lassen sich \u00fcber die \u00c4nderung quantenmechanischer Zust\u00e4nde deutlich empfindlicher und pr\u00e4ziser messen als bisher.<\/p>\n
Quantenimaging f\u00fcr die Krebsdiagnostik<\/p>\n
Weitere Vorteile ergeben sich je nach Messaufgabe. Sind abbildende Untersuchungen gefragt, sind optische Verfahren wie Mikroskopie und Spektroskopie im sichtbaren Wellenl\u00e4ngenbereich zwar \u00e4u\u00dferst effizient, doch sto\u00dfen sie in Wellenl\u00e4ngenbereichen wie dem Ultraviolett (UV), Infrarot (IR) oder Terahertz an ihre Grenzen. \u201eDas Quantenimaging erm\u00f6glicht auch in diesen Spektralbereichen genaue Einblicke\u201c, sagt Eberhardt, Forenbetreuerin f\u00fcr die Session \u201eQuantum for Instrumentation and Measurement\u201c auf der Quantum Photonics. \u201eDer gro\u00dfe Vorteil: Beobachtung und Detektion k\u00f6nnen bei unterschiedlichen Wellenl\u00e4ngen durchgef\u00fchrt werden \u2013 ein Alleinstellungsmerkmal der Quantentechnik.\u201c<\/p>\n
Auf der Messe werden unter anderem verschiedene miniaturisierte Quellen zu sehen sein, die den gesamten Wellenl\u00e4ngenbereich abdecken. Interessant sind diese etwa im Bereich der Medizin: \u00dcber die verschiedenen Wellenl\u00e4ngen lassen sich unterschiedliche Molek\u00fcle aufsp\u00fcren und beispielsweise Tumorzellen von gesunden Zellen unterscheiden. Tumore k\u00f6nnten sich so deutlich fr\u00fcher diagnostizieren und somit auch erfolgreicher behandeln lassen als bisher. Die entsprechende Quantenmikroskopie entwickelt das Forschungsb\u00fcndnis QUANCER, das vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung BMBF finanziert wird und dem insgesamt neun Partner aus Wissenschaft und Industrie angeh\u00f6ren, darunter auch das Fraunhofer IOF. \u201eDurch den Einsatz von Quantenbildgebungsverfahren mit nicht-detektiertem Licht k\u00f6nnen wir die bisherigen Grenzen der Infrarot-Mikroskopie \u00fcberwinden\u201c, erl\u00e4utert Eberhardt. Wie meistens im Bereich der Quanten-Techniken wird das Quantenimaging-System nicht alleine eingesetzt, sondern erweitert die herk\u00f6mmliche Bildgebung. Langfristig dient dies nicht nur zur Entwicklung eines neuen Krebsdiagnostik-Werkzeugs, sondern es lassen sich auch Mikroorganismen, Viren und Gifte aufsp\u00fcren. Auf der Vortragsb\u00fchne wird Dr. Valerio Flavio Gili vom Fraunhofer IOF das Projekt vorstellen.<\/p>\n
Messung des Gravitationsfelds der Erde: Bodensch\u00e4tze aufsp\u00fcren<\/p>\n
Ein weiteres m\u00f6gliches Einsatzgebiet ist die Messung des Gravitationsfeldes der Erde. Da sich dieses mit Quantensensoren deutlich pr\u00e4ziser vermessen l\u00e4sst als bisher, k\u00f6nnte es k\u00fcnftig m\u00f6glich sein, Lagerst\u00e4tten von Bodensch\u00e4tzen wie seltenen Erden ohne aufw\u00e4ndige Bohrungen ausfindig zu machen. Wie sich Quantentechniken in diesen und zahlreichen weiteren Bereichen des Instrumentation & Measurement k\u00fcnftig einsetzen lassen, welche neuen Entwicklungen es gibt und wo die Reise langfristig hingeht, stellen Expertinnen und Experten auf der Quantum Photonics am 13. und 14. Mai 2025 in Erfurt vor. So er\u00f6rtert Dr. Massimo Gandola vom Fondazione Bruno Kessler die Vielseitigkeit der Single-Photon Avalanche Diode (SPAD)-Technik, die bei der Weiterentwicklung der Quantensensorik eine entscheidende Rolle spielt \u2013 erlaubt sie es doch, mit Hilfe hochsensitiver Photodetektoren einzelne Photonen zu detektieren.<\/p>\n
Um neue Photonik- und Quantenanwendungen zu realisieren gilt es, unterschiedliche Techniken und neuartige Materialsysteme in skalierbare Photonik-Technikplattformen zu integrieren. Dabei m\u00fcssen vielfach widerspr\u00fcchliche Anforderungen und Einschr\u00e4nkungen miteinander in Einklang gebracht werden. Joni Mellin von der X-FAB Global Services GmbH stellt auf dem Fachkongress eine heterogene, integrationsoptimierte Silizium-Photonik-Plattform vor, die diese Herausforderung bew\u00e4ltigt und Entwicklern von Quantenanwendungen zudem Designflexibilit\u00e4t bietet.<\/p>\n
In den kommenden Jahren wird ein Milliardenmarkt f\u00fcr Quantentechniken erwartet. Der Schl\u00fcssel zur breiten Akzeptanz und Kommerzialisierung liegt in skalierbaren On-Chip-L\u00f6sungen. Doch wie lassen sich quantenoptische Komponenten auf Chipebene integrieren? Dr. Sebastian W. Schmitt vom Fraunhofer IOF zeigt innovative L\u00f6sungsans\u00e4tze auf, um Quantenzust\u00e4nde von Licht gezielt zu erzeugen und zu modifizieren \u2013 durch Fortschritte in der modernen Materialwissenschaft und Nanotechnik.<\/p>\n
Bei Licht, dass sich in einem speziellen Quantenzustand befindet, spricht man auch von Squeeze Light oder gequetschtem Licht. Squeezed Laser erh\u00f6hen nicht nur die Signalleistung, sondern reduzieren auch das Photonenschrotrauschen, das hochpr\u00e4zise laserbasierte Messungen vielfach limitiert. Welche M\u00f6glichkeiten diese Technik f\u00fcr die Schwingungsmessung und Biosensorik bietet, erkl\u00e4rt Dr. Axel Sch\u00f6nbeck von Noisy Labs in seinem Vortrag.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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