Leuchtturmprojekte der quantenbasierten Messtechnik

Mit der Maßnahme fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) komplexe Verbundprojekte und Demonstrationsvorhaben in den Themenfeldern Quantensensorik, Quantenmetrologie und Quantenbildgebung, die bedeutende gesellschaftliche Bedarfe adressieren.

Förderziel und Zuwendungszweck

Sensoren bilden die Grundlage vieler Technologien. Sie haben unter anderem große Bedeutung in der Produktion, beispielsweise für Industrie 4.0, spielen eine wichtige Rolle in der Medizin sowie für Observations- und Detektionsverfahren. Mit der Quantensensorik entsteht eine neue Klasse von Sensoren, die speziell die quantenmechanischen Eigenschaften einzelner Quantensysteme nutzen. Die Fragilität von Quantenzuständen und -systemen eröffnet in der Messtechnik weitreichende Möglichkeiten, da sie zugleich für außerordentliche hohe technische Messempfindlichkeiten genutzt werden kann. Dies ermöglicht Messungen von Masse, Zeit, Ort, Geschwindigkeit und Feldstärken elektromagnetischer Felder jenseits der klassischen Grenzen und erschließt der Messtechnik völlig neue Anwendungsfelder. Neben der Steigerung von Empfindlichkeit oder Spezifität können Quantensensoren auch Vorteile in Bezug auf Robustheit gegenüber Störgrößen, Baugröße, Einsatzumgebungen sowie Reproduzierbarkeit und Rückführbarkeit im Vergleich zu klassischen Messgeräten bieten. Insgesamt eröffnen alle diese Eigenschaften den Zugang zu mittelfristigen Lösungen für eine Vielzahl von gesellschaftsrelevanten Problemstellungen von der Sicherung der Lebensgrundlagen bis hin zu ressourcenschonendem Wohlstand.

Beispielhafte Anwendungsgebiete sind: die Diagnose in der Medizin bzw. die molekulare Bildgebung (z. B. durch miniaturisierte Quantenmagnetometer auf der Basis von NV-Zentren oder organischen Molekülen) zum Monitoring funktionaler Prozesse im Körper, zur Realisierung von Gehirn-Computer-Schnittstellen oder zum Verständnis neurodegenerativer Erkrankungen. Ein weiteres gesellschaftlich relevantes Anwendungsfeld stellt die Erdbeobachtung bzw. das Umweltmonitoring dar. Dazu gehört beispielsweise die Beobachtung des Abschmelzens von Eis, der Veränderungen des Meeresspiegels oder des Grundwassers. Neue Quantensensoren wie Atominterferometer sowie neue Verfahren zur präzisen Zeitmessung können solche Vorgänge mit bisher unerreichter Präzision vermessen. Quantenbasierte Gravimeter könnten z. B. durch die Messung von Magmaverteilung und -bewegung in aktiven Vulkanen frühzeitig vor Naturkatastrophen warnen. Diese neue Klasse von Sensoren eröffnet aber auch völlig neue Möglichkeiten in der Geologie, Archäologie, Exploration von Bodenschätzen und im Bauwesen.
Ziel der Fördermaßnahme ist es damit, einerseits in mehreren dieser Anwendungsgebiete entscheidende Fortschritte zu erzielen und andererseits das Potenzial der quantenbasierten Messtechnik besser abzuschätzen sowie entsprechende Sichtbarkeit zu erhöhen.

Für diese Herausforderungen und Anwendungen sind teilweise neue, interdisziplinäre Kooperationen in der Wissenschaft und jenseits etablierter Geschäftsmodelle und Wertschöpfungsketten erforderlich. Sich komplementär ergänzende Kompetenzen von Teilnehmern solcher Projekte sind daher zwingend notwendig, um die komplexen Fragestellungen zielführend bearbeiten zu können. Neben dem eigentlichen quantenphysikalischen Verständnis gewinnen ingenieurtechnische und anwendungsspezifische Kompetenzen (Geologie, Medizin, usw.) sowie eine konkrete Testung in den späteren Einsatzgebieten mit fortschreitender Technologiereife zunehmend an Bedeutung. Viele der Ansätze sind bislang nur im Labor gezeigt. Um entsprechende Systeme anwendbar zu machen, müssen neuartige Konzepte erarbeitet werden, welche die Robustheit steigern, eine bessere Bedienbarkeit ermöglichen und die Integration in bestehende Systeme erlauben. Letztendlich müssen die Technologien in breitangelegten Feldversuchen oder (medizinischen) Studien verifiziert und auf ihre Tauglichkeit in der Anwendung getestet werden.

Die Fördermaßnahme ist Bestandteil des Rahmenprogramms „Quantentechnologien – von den Grundlagen zum Markt“ und damit Teil der Hightech-Strategie der Bundesregierung.

Bitte beachten Sie: Dies ist nur ein Auszug aus der Bekanntmachung. Die rechtlich geltende Bekanntmachung finden Sie im amtlichen Teil des Bundesanzeigers. Bitte beachten Sie außerdem die Änderungen an der Förderrichtlinie vom 5.12.2023. Beide Dokumente finden Sie in der Seitenspalte zum Download.