Das Ziel heißt Quantentechnologie für den Alltag

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert die neue Nachwuchsforschungsgruppe „Integrierte Quantensysteme“ der Friedrich-Schiller-Universität Jena mit gut 3,3 Millionen Euro für die Dauer von fünf Jahren, hat das BMBF jetzt mitgeteilt. Die Gruppe aus fünf Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern nimmt umgehend die Arbeit auf. Ihre Aufgabe ist es, die Alltagstauglichkeit moderner Quantentechnologien zu erproben und nachzuweisen. „Wir werden neue Wege gehen, um Laboraufbauten in eine Alltagstech­nologie zu transformieren“, umreißt Dr. Tobias Vogl das Ziel der Arbeitsgruppe. Der 30-jäh­rige Wissenschaftler vom Institut für Angewandte Physik der Universität Jena leitet die neue Nachwuchsgruppe. „Als besonders vielversprechend schätzen wir die Kombination aus Fest­körperphotonik und Quantenmate­rialien ein“, sagt Tobias Vogl. In der neuen Gruppe sollen besonders die Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten von Bornitrid erforscht werden. Dieser Bor-Stickstoff-Verbund ist ein Nichtleiter, der fluoreszierende Defekte ausbilden kann, die bei Laserbestrahlung einzelne Photonen emittieren. Die verwendeten Kristalle dieses Materials sind typischerweise zwi­schen fünf und 20 Nanometer stark.

Kompakte Sensoren mit höherer Präzision sind eines der Ziele

Die potenziellen Anwendungen der neuen Quantentechnologien sind vielfältig. Tobias Vogl spricht etwa von Sensoren, die deutlich kompakter als herkömmliche sein werden und dabei noch wesentlich präziser. Anders als bei vergleichbaren Quantentechnologien werden die neuen Systeme ohne aufwändige Kühlanlagen auskommen, sie funktionieren bei Raumtem­peratur. Zum Einsatz könnten diese neuartigen Sensoren etwa bei der berührungslosen Mes­sung von elektrischem Strom kommen: „Der Vorteil dieser Messmethode ist es, dass keine Leitungsverluste auftreten“, sagt Tobias Vogl. Gerade in Bezug auf dezentrale Energie­erzeu­gung wäre das ein immenser Nutzen. Eine weitere Innovation wären transportable kom­pakte MRT-Geräte, die etwa in der Notfallmedizin eingesetzt werden könnten.

Die Nachwuchsgruppe „Integrierte Quantensysteme“ basiert auf dem Projekt „ATOMIQS“ – das steht für Atomar dünne Materialien für Integrierte Quantensysteme. Dabei werden neu­artige Quantenlichtquellen in atomar dünnen 2D-Materialien untersucht und mit Lichtwel­len­leitern kombiniert. Erforscht wird eine effiziente Schnittstelle zwischen den einzelnen Quan­tenbaugruppen. „Außerdem integrieren wir die 2D-Materialien in optische Systeme, wodurch es ermöglicht wird, die photophysikalischen Eigenschaften von Quantenemittern maßzu­schnei­­dern“, sagt Vogl. Zunächst in Modellrechnungen simuliert und optimiert, sollen diese optischen Systeme danach mit modernen Nanofabrikationstechnologien hergestellt werden.  

Die Nachwuchsforschungsgruppe von Tobias Vogl ist international besetzt. Einer der Wis­senschaftler kommt aus Australien, einer aus dem Iran. Dr. Vogl ist zudem als Verbundko­ordinator eines zweiten Drittmittelprojekts tätig. Ziel dieses Projekts ist es, Quantenemitter im Weltraum zu testen. In Kooperation mit internationalen Partnern wird dafür ein Satellit konfiguriert, der 2024 ins All geschossen werden soll. Auch hier wird über Grenzen hinweg gemeinsam geforscht: Die Forscher und Forscherinnen kommen aus den USA, China, Indien, Israel, Thailand und dem Iran.