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Integrierte Quantensensoren

Quantentechnologien ermöglichen eine neue Generation von optischen und elektronischen Bauelementen und Systemen, die auf Quantenzuständen und deren präziser Manipulation basieren. Dies eröffnet neue Perspektiven in vielfältigen Anwendungsgebieten.

Schaugrafik Integrierte Quanten Sensoren

Als Joint Lab Integrated Quantum Sensors (IQS) liegt unser Fokus auf der Entwicklung der nächsten Generation von Quantensensoren im Chipmaßstab für industrietaugliche Lösungen. Diese Sensoren verwenden hochpräzise Spektroskopietechniken, die bei atomaren oder molekularen Ensembles eingesetzt werden – ob bei Raumtemperatur oder nahe dem absoluten Nullpunkt, der mittels Laserkühlung und innovativen Kühlmechanismen erreicht wird. Um Geräte zur hochgenauen Messung physikalischer Größen wie Frequenz, Zeit, Trägheitskräfte sowie elektrischer und magnetischer Felder zu realisieren, werden die intrinsischen Eigenschaften quantenmechanischer Zustände und deren präzise Manipulation mit Laserlicht genutzt.

Unsere Schwerpunkte

Zusammen mit den Aktivitäten an der HU Berlin arbeiten wir an diesen Forschungsthemen

Optische Uhren

Optische Uhren auf Basis von thermischen und kalten atomaren Gasen für den Einsatz in Navigation und Datensynchronisation

Quantenspeicher

Atomare Quantenspeicher für messbare Sicherheit im Datentransfer

Spektroskopiemodul Frequnezreferenz

Feldsensoren

Atombasierte Konzepte für die Messung physikalischer Felder

Lasersysteme

Kompakte und robuste Lasersysteme für die Manipulation von Bose-Einstein Kondensaten

Die Forschung und Entwicklung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Joint Lab Quantum Photonic Components (QPC) am FBH und ist strategisch auf dessen Aktivitäten abgestimmt. Gemeinsam decken die Joint Labs IQS und QPC die gesamte Technologiekette von einzelnen Komponenten bis zum System ab. Unsere Aktivitäten umfassen die Modellierung photonischer Komponenten, die hybride Mikrointegration elektro-optischer und mechanischer Bauelemente, das Systemdesign, die Verifikation und schließlich den Betrieb des Quantensensors. Dabei greifen wir insbesondere auf diese Technologien zurück:

Pyramide

Additive Fertigung

Generative Fertigungstechnologien (Keramiken, Thermoplaste) in Verbindung mit mikrotechnologischen Verbindungs- und Beschichtungsverfahren für kompakte, skalierbare Aufbauten.

Chip Assembly

UHV-Optiksysteme

Fasergekoppelte, miniaturisierte Freistrahl-Optiksysteme zur Atommanipulation in UHV Umgebungen.

Blue Prism

Vakuumtechnologie

Entwicklung und Qualifizierung von Fügeverfahren und elektro-optischen Komponenten für den Einsatz in UHV Systemen und in Weltraumanwendungen.

Quantensensoren sind wichtige Bausteine für zukünftige Anwendungen im Weltraum und für grundlegende wissenschaftliche Missionen, etwa für die nächste Generation globaler Satelliten-Navigationssysteme, für die Erdbeobachtung und für fundamentale Fragestellungen wie Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie. Gemeinsam mit der Gruppe Optische Metrologie an der Humboldt-Universität zu Berlin (HU Berlin) wurden mehrere Generationen miniaturisierter Lasernutzlasten und autonome, absolute optische Frequenzreferenzen für den Betrieb auf Höhenforschungsraketen entwickelt. Unsere aktuellen Aktivitäten adressieren insbesondere Forschung und Entwicklung entsprechender Technologien für den Einsatz auf Kleinsatelliten. Reduzierte Kosten, gesteigerte Performance und die Realisierung innerhalb kurzer Entwicklungszeiten prädestinieren diese Satellitenklasse für die Demonstration von Schlüsseltechnologien im Weltraum.

Ausgewählte Publikationen