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Quantentechnologie

Yb+ Einzelionenuhr
Yb+ Einzelionenuhr
Die transportable Sr Gitteruhr der PTB

Die PTB ist im Rahmen ihrer gesetzlichen Beauftragung in vielen Bereichen der Quantentechnologie (QT) weltweit führend aktiv, wie zuletzt vom Wissenschaftsrat bestätigt. Neue innovative Konzepte und Überführung der Quantentechnologie in die Industrie werden dabei in meist Drittmittel-finanzierten Projekten durchgeführt. Beispiele für PTB-relevante Quantentechnologien sind hochgenaue Quantenstandards für elektrische Größen (Widerstand, Spannung), hochgenaue Sensoren für (Gehirn-) Magnetfelder, für Druck oder für Temperatur, Einzelelektronenpumpen mit hochgradig nichtklassischen Eigenschaften (möglicherweise die Basis einer vollständig neuen, bisher unerreicht rauscharmen Elektronik), Einzelphotonenquellen und -detektoren für die Quantenradiometrie und Quantenkryptographie sowie ultrastabile und genaue optische Uhren mit weitreichenden Anwendungsfeldern in der Kommunikation, in der Navigation und in der Geodäsie.

Im Rahmen des vom BMBF geförderten Pilotprojekts „Optische Einzelionen-Uhr für Anwender“ (opticlock), das gemeinsam von der Firma TOPTICA und der PTB geleitet wird, soll ein Demonstrator für eine kommerzielle optische Uhr zusammen mit sechs Partnern aus der Industrie und vier wissenschaftlichen Partnern entwickelt werden. Das Projekt ist ein Paradebeispiel für das Anwendungspotential der Quantentechnologien und stellt die erste unter Mitwirkung der Industrie entwickelte optische Uhr weltweit dar, deren Frequenzeigenschaften um eine Größenordnung besser als die aktuell erhältlicher Uhren und Frequenzreferenzen sind. Bis Mitte 2018 werden von den Industriepartnern wichtige Komponenten des Demonstrators an die PTB geliefert, um die Uhr zusammen mit den Partnern bis Mitte 2020 in Betrieb zu nehmen.

Auf Anregung des Positionspapiers der Industrie zu den Quantentechnologien hat die PTB ein Konzept für die Gründung eines Kompetenzzentrums für Quantentechnologie zur Unterstützung der deutschen Industrie vorgelegt. Bei Förderung des Vorschlags durch das BMWi könnten bis Mitte 2018 die ersten Aktionsfelder des Kompetenzzentrums etabliert werden, wie z.B. die gemeinsame Entwicklung von QT-relevanter Technologie mit Firmen und erste Aktivitäten zur Ausbildung und Öffentlichkeitsarbeit. Darüber hinaus würde sich die PTB auch bei der Schaffung einer von der Industrie gewünschten unabhängigen Koordinierungsstelle Quantentechnologie engagieren. Diese würde von Vertretern der Ministerien und Ressorts, Wissenschaftlern und Industrievertretern geleitet werden und könnte ebenfalls bis Mitte 2018 in Räumlichkeiten der PTB etabliert werden.

Weiterhin ist die PTB ein wichtiger Partner der Leibniz Universität Hannover (LUH) und der TU Braunschweig im Exzellenzcluster „QuantumFrontiers“. Der Vorantrag wurde kürzlich von der DFG positiv begutachtet und das Konsortium zur Einreichung eines Vollantrags aufgefordert. Im Rahmen des Clusters sollen innovative metrologische Fragestellungen aus dem Bereich der Quanten- und Nanometrologie in Zusammenarbeit mit den Partnern bearbeitet werden. Die oben genannten QT-Themen nehmen dabei eine zentrale Rolle ein. Im Frühjahr 2018 soll der Vollantrag eingereicht werden. Weiterhin ist die Einrichtung eines Max-Planck-Zentrums „Time, Constants and Fundamental Symmetries“ mit dem MPIK in Heidelberg, dem MPQ in Garching und dem RIKEN in Japan beantragt. Im Rahmen dieses Konsortiums sollen wichtige Aspekte der Quantentechnologie, u.a. auch transportable optische Uhren in Kooperation mit den Partnern weiterentwickelt werden.

Meilensteine bis Mitte 2018:

  • Beginn der Einrichtung und erster Aktivitäten im Kompetenzzentrum "Quantentechnologien" (vorbehaltlich Zustimmung und Stellenzuweisung durch BMWi)
  • Beginn der Einrichtung einer unabh. Koordinierungsstelle (vorbehaltlich Beauftragung/Zustimmung durch BMWi, BMBF und ggf. andere Ressorts)
  • Beginn des Aufbaus kommerzielle optischen Uhr (Inbetriebnahme gepl. bis Mitte 2020)
  • Aufbau und Inbetriebnahme des Kalibriermessplatzes für Si-SPAD Einzelphotonendetektoren
  • Einreichung des Exzellenzcluster Vollantrags „QuantumFrontiers“, gemeinsam mit der LUH und der TU Braunschweig und
  • Einrichtung eines Max-Planck-Zentrums mit dem MPIK in Heidelberg, dem MPQ in Garching und RIKEN in Japan (vorbehaltlich der Zustimmung der Max-Planck-Gesellschaft)