Quanten-Messtechnik

Quantentechnologische Messmethoden und Sensoren machen sich spezielle Effekte der Quantenphysik zunutze, wie etwa die Quantenverschränkung, und werden zukünftig Anwendungen mit beispiellos hohen Empfindlichkeiten und Genauigkeiten erlauben.

Beim Quantenimaging werden nicht-klassische Photonenzustände genutzt, um die Bildgebung mit bisher ungenutzten Wellenlängen zu realisieren, z. B. für die Biologie, Medizin- oder Messtechnik. Das Fraunhofer ILT entwickelt in diesem Bereich u. a. parametrische Photonenquellen für Quantenimaging-Anwendungen im mittleren Infrarot (MIR), wo viele Stoffe charakteristische Absorptionslinien aufweisen. Mit Hilfe verschränkter Photonen lassen sich Interaktions- und Detektionswellenlänge trennen und hochempfindliche Siliziumdetektoren für die Auswertung der Bildinformation nutzen.

Auch im Bereich der Fertigungsmesstechnik sind neue Lösungen auf quantentechnologischer Basis gefragt: Hier ist die Kombination der Optical Coherence Tomography (OCT) mit dem Quantenimaging von besonderem Interesse. Dabei lässt sich die OCT-Methode mit Quanteninterferometern kombinieren, z. B. zur Detektion innenliegender Fehlstellen und Volumeneigenschaften in Keramiken.

Quanten-Sensoren werden Anwendungen mit beispielloser Empfindlichkeit und Genauigkeit erlauben. Stickstoff-Fehlstellen in der Gitterstruktur von Diamantkristallen (NV-Zentren) lassen sich dabei beispielsweise nutzen, um Magnetfelder mit besonders hoher Sensitivität zu messen. Im Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS forscht das Fraunhofer ILT unter anderem an der Erzeugung von NV-Zentren in Diamant mittels ultrakurzer Laserpulse.

Das Fraunhofer ILT ist zudem an der Entwicklung hochpräziser Thorium-229-Uhren auf quantentechnologischer Basis beteiligt. Diese basieren auf einem Strahlungsübergang im Thorium-Atomkern und werden die Genauigkeiten aller bisherigen Cäsium- und optischen Atomuhren voraussichtlich übertreffen. Die Anregung der Thorium-Kerne findet dabei durch hochpräzise Laser statt, die Gegenstand der aktuellen Forschung sind.

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