Förderung für Forschungsgruppe zu Quantentechnologien

© Dennis Schlippert

Großer Erfolg für Nachwuchswissenschaftler an der Leibniz Universität Hannover: Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt den Aufbau einer Nachwuchs-Forschungsgruppe im Bereich Quantentechnologien mit 1,6 Millionen Euro aus der Fördermaßnahme Quantum Futur. Die am Institut für Quantenoptik der Fakultät für Mathematik und Physik angesiedelte Gruppe QuIS-g wird neuartige Systeme im Bereich der quantenbasierten Navigation entwickeln.

Förderprogramm Quantum Futur

Das Förderprogramm Quantum Futur des BMBF unterstützt junge Wissenschaftler bei der Etablierung von Forschungsgruppen, in denen neue Denkansätze für Innovationen und damit Impulse für die Entwicklung und Umsetzung neuer Technologien entwickelt werden. Das Projekt QuIS-g wird vom 1. August 2018 bis 31. Juli 2022 gefördert. Es ist bundesweit eines von etwa zehn mit einem Quantum Futur Grant geförderten Projekten in dieser Ausschreibungsrunde.

Technologie innovativer Navigationssysteme

Die Gruppe QuIS-g wird sich in den kommenden Jahren mit der Technologie innovativer Navigationssysteme beschäftigen. Durch GNSS (Global Navigation Satellite System, zum Beispiel GPS) können wir heute mit unseren Mobiltelefonen jederzeit unsere geografische Position bestimmen. Doch die GNSS-Technologie hat ihre Grenzen. So kann etwa eine Autofahrt durch Häuserschluchten, Gebirge oder Tunnel zu Signalverlust und Fehlern führen, so dass hier keine oder nur eine unzureichend genaue Position ermittelt werden kann. Deutlich zuverlässiger, da autonom, sind so genannte inertiale Navigationssysteme, die den Startpunkt des Gerätes, die wirkenden Beschleunigungen und die Drehraten in allen drei Raumrichtungen über die Zeit hinweg einbeziehen. Mit diesen Daten kann ein Gerät seine aktuelle Position errechnen. In Flugzeugen ist die Technologie der Inertialnavigation bereits Standard, allerdings unterliegen selbst die besten Geräte instrumentellen Fehlern, die nach autonomer Navigation zu Positionsunsicherheiten führen. In dem Projekt QuIS-g werden nun neuartige Systeme zur quantenbasierten Inertialnavigation (QINS) erforscht.

Genauere Positionsbestimmung

QINS können durch quantenbasierte Sensoren die Beschleunigung und Drehraten wesentlich genauer und über lange Zeiträume stabil messen. So werden die Fehler bei der Positionsbestimmung erheblich kleiner, und selbst nach stundenlangem freiem Betrieb ohne externes Positionssignal ist eine exakte Positionsberechnung möglich. Anwendungen finden sich zum Beispiel an Bord von selbstfahrenden Autos, Rettungshelikoptern oder gar Weltraumsonden außerhalb der GNSS-Abdeckung. Bei hinreichender Empfindlichkeit ist schließlich mit einem QINS in Kombination mit GNSS die Messung von Gravitationsänderungen möglich und damit zum Beispiel auch die Detektion von Wasserreservoirs denkbar.

Exakte Messungen auch bei hohen Beschleunigungen und Drehraten

Bisherige Konzepte für Quanteninertialsensoren basierten auf Messungen an frei fallenden Atomen. Das bringt große Herausforderungen mit sich. Bei hohen Beschleunigungen oder Drehraten droht Signalverlust, was ihren praktischen Einsatzbereich limitiert. In diesem Projekt werden deshalb geführte Materiewellen zur Messung verwendet, die auch dann Signal liefern, wenn der Messapparat hohe Beschleunigungen und Drehraten erfährt.

(Veröffentlicht: 21. August 2018)