Zukunftscluster QSens

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Mit künstlichen Nanodiamanten lassen sich Sensoren und etwa bildgebende Verfahren verbessern. Auch im neuen Zukunftscluster QSens werden solche künstlichen Diamanten eingesetzt (Foto: Heiko Grandel)

Quantensensoren für den Alltag – Universitäten und Industrie bündeln ihre Expertise

Zukunftscluster für Forschende der Universitäten Ulm, Stuttgart und ihre Industriepartner! Das Verbundprojekt QSens hat sich im hochkompetitiven Wettbewerb „Clusters4Future“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) als eines von sieben Innovationsnetzwerken bundesweit durchgesetzt. Gemeinsam mit spezialisierten Unternehmen wollen Forschende aus Stuttgart und Ulm Quantensensoren der Zukunft entwickeln und diese zur Marktreife führen. Anwendungen reichen von der personalisierten Medizin über das automatisierte Fahren bis zur Informationstechnologie. In den kommenden zehn Jahren fördert das BMBF Zukunftscluster mit bis zu 450 Millionen Euro – aus der Wirtschaft kommen Zuwendungen in ähnlicher Höhe. Die erste Förderphase über drei Jahre bringt jedem Cluster bis zu 15 Millionen Euro.

Hochempfindliche und kostengünstige Sensoren für die medizinische Bildgebung, die hochpräzise Navigation oder Klimaforschung waren bisher Zukunftsmusik. Doch jetzt steht die zweite Generation der Quantentechnologien auf der Schwelle zur Anwendung. Insbesondere im Bereich Quantensensorik gelten Forschende der Universitäten Ulm und Stuttgart seit vielen Jahren als weltweit führend. Im Projekt QSens, das jetzt vom BMBF als Zukunftscluster ausgewählt wurde, sollen nun Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung in die Anwendung getragen werden. Auf dem Weg zu serienreifen Hightech-Sensoren werden die Forschenden von Industriepartnern begleitet, die teils Weltmarktführer in der Sensortechnologie sind – darunter Bosch, Zeiss und Bruker. „Die Besonderheiten der Quantenwelt bieten einzigartige Möglichkeiten zur Verbesserung der Sensorperformance. Revolutionäre Steigerungen der Empfindlichkeit eröffnen neue Anwendungen – von der Erdbeobachtung aus dem Weltraum bis zur Abbildung der menschlichen Gehirnaktivität“, erklärt Professor Joachim Ankerhold, Leiter des Instituts für Komplexe Quantensysteme und Forschungs-Vizepräsident der Universität Ulm.

Das Zukunftscluster QSens konzentriert sich auf die Bereiche Gesundheit, Mobilität, Informationstechnologie („Internet of things“) und Nachhaltigkeit. Für solche Anwendungen werden Quantensensoren entwickelt, deren präzise Messungen sich an der Grenze des Machbaren bewegen. Diese Leistungsfähigkeit wird durch die Gesetze der Quantenmechanik möglich: Die Sensoren nutzen die Verschränkung und Dekohärenz der kleinsten Teilchen auf verschiedenen Quantenplattformen. Als physikalische Basis setzen die  Forschenden in der ersten Förderphase auf Defekte in Festkörpern wie Diamanten. Später kommen weitere Quantenplattformen hinzu. In den ersten drei Jahren des Projekts QSens sollen bestehende Technologien zur Serienreife gebracht werden. In so genannten Blue-Sky-Projekten und folgenden Förderphasen werden neue „Durchbruchtechnologien“ entwickelt.

Innovationsökosystem für die Entwicklung von Quantensensoren

Anders als die meisten Verbundprojekte umfasst QSens ein „Innovationsökosystem“, das die gesamte Lieferkette für die beforschten Sensoren abdeckt. Über das gemeinsame, interdisziplinäre Zentrum für Integrierte Quantenwissenschaften und Technologie (IQST) arbeiten die Universitäten Ulm und Stuttgart seit vielen Jahren mit den industriellen QSens-Partnern Bosch, Zeiss, Trumpf und Bruker zusammen. Das Industrie-Konsortium wird durch Biotechnologie- und Pharmaunternehmen wie Boehringer Ingelheim und Rentschler ergänzt. Weitere Kooperationen bestehen mit dem Landesforschungsinstitut IMS CHIPS und dem künftigen Quantentechnologie-Standort des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Ulm (DLR-QT). Mit Forschungsbauten wie dem Ulmer Zentrum für Quanten- und Biowissenschaften (ZQB) und der Infrastruktur der Unternehmen steht dem Zukunftscluster eine einmalige Forschungs- und Entwicklungsumgebung zur Verfügung.

„Die langjährige, strategische Kooperation der Universitäten Stuttgart und Ulm in der Quantentechnologie ist die Basis des neuen Zukunftsclusters. QSens erlaubt es uns, gemeinsam mit den Industriepartnern, schneller und fokussierter Ergebnisse aus der Grundlagenforschung in vielversprechende, wertschöpfende Anwendungen zu überführen“, so der Ulmer Universitätspräsident Professor Michael Weber. Der Rektor der Universität Stuttgart, Professor Wolfram Ressel, sagte nach der Verkündung durch Bundesforschungsministerin Anja Karliczek: „Ich gratuliere allen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern im Zukunftscluster ,Qsens‘ der Universitäten Stuttgart und Ulm, dass sie gemeinsam mit Forschungspartnern aus der Industrie zu den Gewinnern des BMBF-Wettbewerbs gehören. Diese prominente Förderung trägt zu einer konsequenten Weiterentwicklung des Potenzialbereichs Quantentechnologie der Universität Stuttgart und der Forschungsexpertisen an der Universität Ulm bei. Sie wird unsere Forschungsleistungen auf diesem Zukunftsgebiet noch sichtbarer machen.“

Wissens- und Technologietransfer aus dem Zukunftscluster

Zum Technologietransfer des Zukunftsclusters tragen künftig auch Angebote wie „Quanten4 KMU“ bei. Über diese Plattform geben die QSens-Akteure ihr Wissen an kleinere Unternehmen weiter und öffnen sogar ihre Labore. So sollen die Einstiegshürden für die Nutzung der Quantentechnologie beseitigt werden. Dazu kommt ein so genannter Quanteninkubator: Im „Gründerspace“ können Forschende und Studierende Ideen für Start-ups ausarbeiten und sich von den QSens-Mitgliedern beraten lassen.

Mit dem themenoffenen Wettbewerb „Clusters4Future“ will das BMBF – im Rahmen der Hightech-Strategie 2025 – eine Stärkung des Wissens- und Technologietransfers erreichen. Die sieben  Zukunftscluster wurden in einem mehrstufigen Prozess von einer unabhängigen Expertenjury ausgewählt. Insgesamt waren 137 Wettbewerbsskizzen eingereicht worden. Im Herbst sollen die Cluster in die erste, dreijährige Förderphase eintreten. Jede Phase wird mit bis zu 15 Millionen Euro gefördert. Bei positiver Evaluation sind drei Förderphasen möglich. Weitere, in neuen Zukunftsclustern behandelte Themen umfassen Mobilitätskonzepte, die nachhaltige Nutzung der Meere, KI-Chips oder die Gentherapie.

Text und Medienkontakt: Annika Bingmann