Fraunhofer entwickelt Quantensensoren für Präzisionsmessung und -abbildung
Das Fraunhofer-Institut entwickelt quantenmechanische Sensoren, die bisher unerreichte Messgenauigkeit und neue Abbildungsverfahren ermöglichen. Die Technologie wird unter anderem in der medizinischen Diagnostik und der industriellen Materialprüfung eingesetzt.
Das Fraunhofer-Institut treibt die Entwicklung von Quantensensorik und quantengestützter Bildgebung voran. Diese Technologien nutzen die Prinzipien der Quantenmechanik, um extrem präzise Messungen und verbesserte Abbildungsfähigkeiten zu erzielen. Die Fortschritte eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Gesundheitswesen, industrielle Prüfung und Navigation.
Quantensensoren ermöglichen hochempfindliche Messungen von Magnetfeldern und anderen physikalischen Größen durch die Nutzung der Spineigenschaften von Elektronen. Das Fraunhofer-Leitprojekt QMag erforscht beispielsweise Quantenmagnetometer, die auf der optischen Messung von Stickstoff-Fehlstellen-Zentren (NV-Zentren) in Diamanten basieren. Die Forschung hat bereits erste kommerzielle Anwendungen hervorgebracht und zielt auf industrielle Bedürfnisse wie die Detektion mikroskopischer Materialfehler ab.
Die Quantenbildgebung nutzt verschränkte Photonen. Ein Photon beleuchtet ein Objekt im unsichtbaren Wellenlängenbereich, während sein verschränktes Gegenstück von einer Kamera im sichtbaren Spektrum detektiert wird. Dies macht bisher Unsichtbares sichtbar. Im QUANCER-Projekt wird diese Technik für die Krebsdiagnostik entwickelt, mit dem Ziel, Tumorgewebe chemisch selektiv zu identifizieren und die Infrarotmikroskopie zu verbessern.
Im November 2023 stellten verschiedene Fraunhofer-Institute, darunter das Fraunhofer IPM und das Fraunhofer IOF, ihre Fortschritte in der Anwendung von Quantentechnologien vor. Medizinische Anwendungen umfassen die Verbesserung der Empfindlichkeit der Magnetresonanztomographie (MRT) um das bis zu 10.000-fache, was schnellere und genauere Diagnosen ermöglichen kann. In der Industrie können Quantensensoren Materialrisse ohne Zerstörung nachweisen. Die Forschung befasst sich auch mit Gehirn-Computer-Schnittstellen und GPS-unabhängigen Navigationssystemen.
Das Fraunhofer IPM hat zudem eine berührungslose Durchflussmessmethode auf Basis von Magnetfeldern und Quantensensoren entwickelt. Diese Methode quantifiziert den Einfluss des Strömungsprofils auf das magnetische Signal und erhöht damit die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Messverfahren.