|BMBF-Fördermaßnahme〉 Anwendungsbezogene Forschung in der Quantensensorik, -metrologie sowie -bildgebung

Das Ziel der Fördermaßnahme „Anwendungsbezogene Forschung in der Quantensensorik, -metrologie sowie -bildgebung“ des BMBF ist es, die Quantenmesstechnik in Anwendungsfelder jenseits der akademischen Forschung zu überführen.

Das |QBN〉 unterstützt gerne entsprechende Projekte und deren Verwertung.

Nachfolgend ein Auszug aus der Bekanntmachung:

Ziel und Zweck der Förderung

Quantenmessungen ermöglichen den Nachweis extrem schwacher Signale. Zwar werden gegenwärtig klassische Sensorprinzipien verbessert und kombiniert, allerdings sind die maximal erreichbaren Empfindlichkeiten durch Messprinzipien in aller Regel limitiert. Die unterschiedlichen Quantensysteme weisen dabei spezifische Stärken auf, um Größen wie Zeit, Geschwindigkeit, Gravitation oder elektrische und magnetische Felder mit extrem hoher Genauigkeit zu messen. So kommen bereits heute hochgenaue Atomuhren, die auf Quanteneffekten beruhen, im Global ­Positioning System (GPS) zum Einsatz und supraleitende Quanteninterferometer (SQUID) werden genutzt, um ­Hirnaktivitäten zu messen. Zukünftig erscheint das vereinfachte Auffinden von Bodenschätzen, eine höchstgenaue Navigation oder der schonende Nachweis einzelner biologischer Moleküle möglich. Ein weiterer Einsatzbereich von Quantenphänomenen findet sich bei der optischen Abbildung (Quantum enhanced Imaging). So lassen sich mit ­quantenmechanischen Verfahren beispielsweise höhere optische Auflösungen erzielen als mit klassischen Verfahren. Dasselbe Prinzip lässt sich auch in der Quantenlithografie zur Erzeugung kleinerer Strukturen ausnutzen. Verschränkte Photonen können zudem beim sogenannten Ghost Imaging oder bei der Abbildung mit nicht nachge­wiesenen Photonen, eingesetzt werden. Beide Methoden trennen die Wechselwirkung mit dem Objekt und die ­Detektion des Signals voneinander.

Bislang sind die meisten Ansätze der Quantentechnologien nur im Labor gezeigt worden. Für eine tatsächliche Feldtauglichkeit bedarf es neben einer hohen Genauigkeit auch neuartiger Konzepte für die Steigerung der Robustheit, einer besseren Bedienbarkeit sowie der Integration in bestehende Systeme. Das Erfordernis extrem tiefer Temperaturen, hochgenauer Positionierung oder die teilweise enorme Größe der Aufbauten stellen derzeit noch eine Hürde dar. Um letztlich tatsächlich genutzt zu werden, müssen die Quantenmesssysteme zudem wirtschaftlich konkurrenzfähig sein.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, sind Forschungsansätze, die sich dem Messsystem in seiner Gesamtheit widmen, erforderlich. Sich komplementär ergänzende Kompetenzen von Teilnehmern eines solchen Projekts sind daher zwingend notwendig, um den komplexen Fragestellungen begegnen zu können. Neben dem eigentlichen ­quantenphysikalischen Verständnis gewinnen ingenieurstechnische Kompetenzen sowie eine konkretere Vorstellung zum späteren Einsatzgebiet mit fortschreitender Technologiereife zunehmend an Bedeutung.

Das Ziel der Fördermaßname im Rahmen des Programms „Quantentechnologien – von den Grundlagen zum Markt“ ist, die Quantenmesstechnik in Anwendungsfelder jenseits der akademischen Forschung zu überführen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert daher Verbundvorhaben, die den oben genannten Ansprüchen genügen und deren konkrete Zielstellungen sich am spezifischen Bedarf des jeweiligen Nutzers ausrichten.

2  Gegenstand der Förderung

Gefördert werden FuE1-Verbundprojekte in den Themenfeldern Quantensensorik, Quantenmetrologie und Quantenbildgebung. Es werden unter anderem Projekte zu folgenden Themen adressiert:

  • Ansätze zur Einbindung von Festkörpersensoren (z. B. NV-Zentren in Diamant) in die jeweiligen Sensorumgebungen sowie effiziente Ansteuer- und Auswerteelektronik,
  • Ansätze zur Detektion einzelner Moleküle mit Hilfe von Festkörpersensoren beispielsweise in einer Mikroskopie- oder MRT-Plattform,
  • Arbeiten zur Steigerung der Robustheit von Materiewellen-Interferometern bzw. Sensorkonzepten mit ultrakalten Atomen in einem kompakten Aufbau,
  • Verbesserung der Genauigkeit, Kompaktheit und Robustheit von Atomuhren auf Chip-Basis,
  • Erschließung neuer Anwendungsfelder für optisch gepumpte Magnetometer, z. B. durch Erhöhung der Sensitivität und des Dynamikbereichs,
  • Ansätze zu feldtauglichen Quantensensoren für die Navigation,
  • Arbeiten zu CMOS-kompatiblen optomechanischen Quantensensoren,
  • Sensorkonzepte mit mehreren verschränkten Quantensystemen,
  • Integration elektronischer und optischer Komponenten direkt in die Struktur von Ionen- und Atomfallen in einem skalierbaren Verfahren,
  • mit den Quantensensorkonzepten verbundene Messalgorithmen für schwache Signale und Multiparameter-Messungen, insbesondere im Hinblick auf verrauschte Signale in realen Messumgebungen,
  • robuste und miniaturisierte Gesamtsysteme für die quantenunterstützte Bildgebung sowie der Funktionsnachweis in einer spezifischen Anwendung,
  • Herstellung von nanostrukturierten Komponenten mit Hilfe eines quantenlithografischen Verfahrens.

Die Aufzählung ist explizit als beispielhaft und nicht als vollständig anzusehen. Unabhängig davon, ob das Forschungsthema in obiger Aufzählung genannt wird, muss sich die konkrete Zielstellung aus dem Bedarf eines adressierten Anwendungsfelds ableiten. Idealerweise wird die Überlegenheit des technologischen Ansatzes gegenüber dem Stand der Technik unter realen Bedingungen im jeweiligen Anwendungsfeld demonstriert. Dazu kann in den Projekten die vollständige Technologiekette um die jeweilige technische Lösung adressiert werden. Die ange­messene Einbindung eines Anwenders aus der gewerblichen Wirtschaft ist ausdrücklich erwünscht. Zudem muss die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit der erforschten Technologie berücksichtigt werden. Aus diesem Grund ist die Beteiligung von Unternehmen bei jedem Verbund zwingend erforderlich.

Weiter Infos finden Sie in der Bekanntmachung.

Einreichungsfrist: durchgehend bis 31. Januar 2020.

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