QSens – Quantensensoren der Zukunft
IMS CHIPS Newsletter 2/2021
QSens startet am 1. November in seine erste Umsetzungsphase
Die QSens-Vision: Das disruptive Potential von Quantensensoren im Alltag
nutzbar machen
Getrieben durch den Datenhunger des digitalen Zeitalters und die zunehmende Verbreitung autonomer technischer Systeme haben die Bereiche Messtechnik und Sensorik in den vergangenen Jahren rasante Entwicklungen durchgemacht und stellen inzwischen integrale Bestandteile sämtlicher modernen Produkte und Prozesse dar. Sensoren werden deshalb in nie geahnten Stückzahlen benötigt, um den wachsenden Bedarf in autonomen technischen Systemen für die Alltagsbereiche Mobility, Healthcare, IoT und Sustainability zu decken. Allerdings stoßen die heute verwendeten Sensoren vermehrt an technologische Grenzen hinsichtlich ihrer Funktionalität und der erzielbaren Empfindlichkeit. Beispielhaft sei hier der Mangel an hinreichend empfindlichen und genauen sowie kostengünstigen Sensoren für die personalisierte Medizin oder das autonome Fahren genannt. Damit lassen sich viele zukunftsweisende Anwendungen mit den bestehenden Technologien nicht realisieren und erfordern vollständig neue, disruptive Ansätze.
Die Verfügbarkeit neuartiger Quantensensoren im Zuge der „zweiten Quantenrevolution“ bietet eine einzigartige Möglichkeit zur grundlegenden Verbesserung der Sensorperformance. Dieses Wertversprechen basiert auf vielfach erfolgreich gezeigten Messungen in Forschungslaboren und unterstreicht das enorme Potenzial von Quantentechnologien. Beispiele hierfür sind revolutionäre Empfindlichkeitssteigerungen von diamantbasierten Magnetfeldsensoren, welche völlig neue Wege in der personalisierten Medizin ermöglichen, die Präzisionssteigerung von Quanten- Gyroskopen, welche eine 100-fach bessere Winkelauflösung für die hochpräzise Navigation erreichen, oder die Verfügbarkeit von kalibrationsfreien Quantenstandards, welche die Grundlage für die verlässliche Funktion aller autonomen Systeme sind.
Das Ziel des QSens-Clusters ist es, die hervorragenden Ergebnisse der Grundlagenforschung im Bereich der Quantensensorik aus den Physiklaboren in industrielle Anwendungen im Alltag zu überführen, siehe Titelseite.
Die Vision des QSens-Clusters geht dabei deutlich über das Format der klassischen Verbundförderung hinaus. Um das immense Potenzial der Quantentechnologien möglichst schnell und effizient nutzbar zu machen und für den Standort Deutschland langfristig zu sichern, ist QSens als holistisches Ökosystem konzipiert. Aufgrund seiner interdisziplinären Struktur wird QSens in der Lage sein, selbstständig kontinuierlich neue marktrelevante Innovationen für die gesellschaftlichen Herausforderungen Mobility, Healthcare, IoT und Sustainability durch den Einsatz von Quantensensoren hervorzubringen und in Produkte am Markt zu überführen.
Zum Erreichen dieser Vision setzt QSens auf eine hohe Regionalität und verbindet die wissenschaftliche Exzellenz der universitären Partner*innen in der Grundlagenforschung und den Ingenieurwissenschaften mit der Erfahrung von innovativen Großunternehmen und der Dynamik von KMUs und Start-Ups. Damit wird auch jene Art von Nachhaltigkeit geschaffen, die es ermöglicht, das „Tal des Todes“ beim Übergang aus dem Forschungslabor in den Alltag zu überbrücken, siehe Abbildung oben.
Konkret wird in der ersten dreijährigen QSens-Umsetzungsphase im Rahmen von sechs Verbundforschungsprojekten anwendungsgetrieben an der Markteinführung der Quantensensorik in den Bereichen (Bio-)medizintechnik, Industriesensorik und Sensoren für die Forschung gearbeitet. Daneben gibt es zwei Verbundforschungsprojekte, die sich gezielt mit der skalierbaren Fertigung von Quantensensoren in Diamant bzw. Siliziumkarbid beschäftigen, siehe Abbildung unten. Abgerundet wird der Cluster durch zwei clusterbildende
Projekte, von denen sich eines mit übergreifenden Themen wie der Dissemination in Industrie und Gesellschaft und der Unterstützung von QSens-Ausgründungen widmet. Das zweite clusterübergreifende Projekt „Quanten4KMU“ dient der Einrichtung eines Ökosystems, welches mittelfristig KMUs und Startups eine „Fabless-Fertigung“ von Quantensensoren ermöglichen soll. IMS CHIPS ist integraler Bestandteil von QSens und übernimmt eine zentrale Rolle bei der skalierbaren Fertigung von Quantensensoren und wird in Zukunft einen Großteil der „Quanten4KMU“-Plattform beheimaten.