Fraunhofer forscht an Quantensensoren für Quantencomputer

Das Fraunhofer-Institut treibt die Entwicklung von Quantensensortechnologie voran, die präzise Messungen bei Raumtemperatur ermöglicht und damit die Grundlage für zukünftige Quantencomputer schafft. Die Forschung konzentriert sich insbesondere auf diamantbasierte Sensoren, die ohne die für Quantentechnologie üblicherweise notwendigen komplexen und kostspieligen Kühlsysteme auskommen.

Diese neuen Quantensensoren sind äußerst klein und empfindlich, was extrem genaue Messungen kleinster Signale erlaubt. Mögliche Anwendungsbereiche umfassen das Testen von Nanoelektronik in der Halbleiterindustrie sowie Fortschritte in der medizinischen Diagnostik. So könnten Gehirnströme zukünftig mittels eines dünnen Sensorfilms auf dem Kopf gemessen werden, anstelle von sperrigen und kühlungsabhängigen Geräten.

Die Forscher des Fraunhofer-Instituts arbeiten intensiv an weiteren Verbesserungen, insbesondere im Hinblick auf die Betriebstemperatur. Ihr Ansatz nutzt Diamanten, bei denen ein Stickstoff-Fehlstellen-Zentrum so manipuliert wird, dass es ein Elektron einfängt und kontrolliert, welches dann als Sensor fungiert. Die Wechselwirkung zwischen diesem Elektron und dem Diamanten ermöglicht die Messung schwacher Magnetfelder über längere Zeiträume. Wesentliche Herausforderungen liegen im Wachstum hochreiner, defektfreier Kristalle.

Zur Förderung der Zusammenarbeit wurde am Fraunhofer IAF ein Applikationslabor für Quantensensortechnologie eingerichtet. Dieses Labor stellt bedienungsfreundliche Quantensensorsysteme für Unternehmen und Forschungseinrichtungen bereit, um neue Anwendungsfelder zu erschließen und Kundenfeedback für die Optimierung zu erhalten.

Das Funktionsprinzip eines Quantensensors ähnelt dem eines Qubits, der grundlegenden Recheneinheit eines Quantencomputers. Während die Sensortechnologie ein einzelnes Qubit als Messinstrument nutzt, würden Quantencomputer Hunderte oder Tausende von Qubits nebeneinander benötigen, um Prozessoren und Speicherchips zu bauen. Die Arbeit des Fraunhofer-Instituts an Quantenmagnetometrie schafft günstige Voraussetzungen für den Fortschritt dieser wegweisenden Technologie.