Erstes überregionales Zentrum für Quantenphotonik eröffnet
Am Montag wurde das erste überregionale Zentrum für Quantenphotonik an den Standorten der Universitäten Ulm, Stuttgart und Jena eröffnet. Das von der Carl-Zeiss-Stiftung mit 12 Millionen Euro geförderte Center soll rund 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern eine disziplin- und standortübergreifende Plattform für Forschung und Austausch bieten. Zur Eröffnung übereichten Ministerin Theresia Bauer und Minister Wolfgang Tiefensee in Stuttgart und Jena einen Scheck über die Gesamtfördersumme an die drei Standortleiter.
Laser, Magnetresonanztomografie und Halbleiter sind Technologien aus der Quantenphysik, die bereits heute unser Leben prägen. Die Potenziale von Quantentechnologien im Bereich Kommunikation, Computing, Sensorik und Bildgebung beherrschen technologische Zukunftsdebatten. Um diese Potenziale nutzen zu können, werden überregionale Plattformen benötigt, die unterschiedliche Expertisen zusammenführen. „Quantentechnologien haben das Potenzial, Innovationsfelder entscheidend voranzubringen. Um im internationalen Wettbewerb eine Spitzenposition einzunehmen, müssen wir überregionale Strukturen schaffen, um unser Wissen zu teilen“, ist Ministerin Theresia Bauer, Vorsitzende der Stiftungsverwaltung der Carl-Zeiss-Stiftung überzeugt.
Die Photonik stellt im Bereich der Quantenwissenschaft eine
Schlüsseltechnologie dar: Photonen dienen als Sensorelemente,
Datenübermittler und Quantensysteme. Die Vernetzung aus Quantentechnologien
und Photonik bildet das Fundament des Carl-Zeiss-Stiftung Centers QPhoton an
den Standorten Jena, Stuttgart und Ulm. Ziel ist die Entwicklung einer neuen
Generation von Bildgebungs- und Sensortechnologien, die auf
Quantenwissenschaften basieren. Sie sollen höhere Sensitivitäten und eine
schnellere Datenverarbeitung ermöglichen. Durch die Verbindung der drei
Standorte wird die Quantenphotonik von der Grundlagenforschung bis zur
Anwendung weiter vorangetrieben. Die jeweiligen Stärken in den
Quantentechnologien mit Atomen, Festkörpern, supraleitenden Materialien und
Photonen ergänzen sich und ermöglichen eine gezielte Förderung des
wissenschaftlichen Nachwuchses. „Das CZS Center QPhoton bietet eine
vielversprechende Forschungsplattform, um innovative Ansätze im Bereich
Bildgebung, Sensorik und Informationsverarbeitung zu vernetzen. Quantenphotonik
ist dabei eine der relevantesten Schlüsseltechnologien“, erklärt Minister
Wolfgang Tiefensee, Mitglied der Stiftungsverwaltung der
Carl-Zeiss-Stiftung.
Im CZS Center QPhoton wird dieses Ziel in drei Innovationsbereichen
standortübergreifend vorangetrieben: Sensortechnologien zur Kontrolle von
Quantensystemen, Quantentechnologien für Quanten-Bildgebungsverfahren und
Quanten-basierte Informationsverarbeitung.
Drei Innovationsbereiche arbeiten standortübergreifend
Im Bereich Sensortechnologien zur Kontrolle von Quantensystemen fokussieren sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf die Erforschung und Entwicklung von hochsensitiven Sensoren. „Quantensysteme, wie sie gegenwärtig schon für Anwendungen zum Beispiel beim Quantencomputing eingesetzt werden, reagieren extrem empfindlich auf äußere Störungen“, erklärt Professor Joachim Ankerhold, Standortleiter des CZS Center QPhoton Ulm. Um diese Systeme aber zielgerichtet erforschen und nutzen zu können, müssen sie nicht nur gemessen, sondern auch manipuliert werden. „Hier setzen neueste und zukünftige Verfahren der Sensorik an: sie greifen in die Quantenmechanik der Systeme nur minimal ein, liefern aber auf der anderen Seite hochpräzise Informationen über deren tatsächliche Quanteneigenschaften und Quantenzustände“, so Ankerhold weiter. Diese Informationen bilden wiederum die Grundlage zur Kontrolle und gezielten Beeinflussung, beispielsweise bei der Fehlerkorrektur bei Quantencomputern oder der Optimierung von Materialeigenschaften.
Im Bereich Quantentechnologien für Quanten-Bildgebungsverfahren sollen unter anderem erste Anwendungen wie Quantenmikroskopie im Bereich der Lebenswissenschaften entwickelt werden. Durch die genaue Bestimmung der Lage und Beschaffenheit von Molekülen können beispielsweise neue Anwendungen bei der Krebstherapie erforscht werden. „Um quantenmechanische Bits auszulesen, werden meist optische Methoden eingesetzt. Die Güte zu verbessern bzw. Fehlerraten zu reduzieren ist eine Aufgabe in Quantenbildgebungsverfahren. Aber auch andere photoempfindliche Objekte können z.B. durch verschränkte Photonenpaare in unterschiedlichen Spektralbereichen störungsfreier nachgewiesen werden“, erklärt Professor Tilman Pfau, Standortleiter des CZS Center QPhoton Stuttgart.
Die Entwicklung von Methoden der Daten- und Signalverarbeitung sowie spezifischer photonischer Hardware für den Einsatz im Quantencomputing steht im Mittelpunkt des Innovationsbereichs Quanten-basierte Informationsverarbeitung. „Einerseits kann die Quanteninformationsverarbeitung genutzt werden, um Rechenaufgaben zu meistern, bei denen selbst modernste Hochleistungscomputer scheitern. Andererseits geht es auch darum, auf neuartige Weise Informationen von physikalischen Systemen zu gewinnen, die mit klassischen Ansätzen nicht zugänglich sind und diese zu übertragen“, erklärt Professor Andreas Tünnermann, Standortleiter des CZS Center QPhoton an der Universität Jena. Zusammen mit dem Jenaer Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik befasst sich das neue Zentrum in diesem Zusammenhang mit der Identifikation konkreter Quantenmehrwerte für die Wirtschaft.
Insgesamt rund 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sollen im CZS Center QPhoton gemeinsam in den drei Innovationsfeldern forschen. Neben den Forschungskooperationen profitieren sie von gemeinsamen Gastvorträgen, Seminaren und Workshops. Standortübergreifende Veranstaltungen und Fortbildungsmöglichkeiten runden das Angebot ab.
Über die Carl-Zeiss-Stiftung
Die Carl-Zeiss-Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, Freiräume für
wissenschaftliche Durchbrüche zu schaffen. Als Partner exzellenter
Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundlagenforschung als auch
anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fachbereichen
(Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). 1889 von dem
Physiker und Mathematiker Ernst Abbe gegründet, ist die Carl-Zeiss-Stiftung
eine der ältesten und größten privaten wissenschaftsfördernden Stiftungen
in Deutschland. Sie ist alleinige Eigentümerin der Carl Zeiss AG und SCHOTT
AG. Ihre Projekte werden aus den Dividendenausschüttungen der beiden
Stiftungsunternehmen finanziert.
Text: Carl-Zeiss-Stiftung
(Foto: Steffen Walther, Quantenphotonik im Labor )
Universität Ulm
Standortübergreifende Forschung in Ulm, Stuttgart und Jena
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