Projekt

QuIS-g

Quanteninertialsensor mit geführten Materiewellen

Quanteninertialnavigationsysteme – Wegweiser der Zukunft

Die Navigation spielte eine zentrale Rolle in der Geschichte der Zivilisation. Durch GNSS (Global Navigation Satellite System; z. B. GPS) können wir heute mit unseren Mobiltelefonen jederzeit unsere geografische Position bestimmen. Doch die GNSS-Technologie hat ihre Grenzen: So führt eine Autofahrt durch Häuserschluchten, Gebirge oder Tunnel zu Signalverlust und Fehlern, so dass hier keine oder nur eine unzureichend genaue Position ermittelt werden kann.
Für ein inertiales Navigationssystem müssen der Startpunkt des Gerätes, die wirkenden Beschleunigungen und die Drehraten in allen drei Raumrichtungen über die Zeit hinweg genau bekannt sein. Mit diesen Daten kann ein Gerät seine aktuelle Position errechnen. In Flugzeugen ist die Technologie der Inertialnavigation schon lange Standard. In diesem Projekt werden nun neuartige Systeme zur quantenbasierten Inertialnavigation (QINS) erforscht. QINS werden durch quantenbasierte Sensoren die Beschleunigung und Drehraten wesentlich präziser messen. So werden die Fehler bei der Positionsbestimmung erheblich kleiner und selbst nach stundenlangem freiem Betrieb ohne externes Positionssignal ist eine exakte Positionsberechnung möglich. Anwendungen finden sich an Bord von z. B. selbstfahrenden Autos, Rettungshelikoptern oder gar Weltraumsonden außerhalb der GNSS-Abdeckung oder in akuten Gefahrensituationen. Bei hinreichender Empfindlichkeit ist schließlich mit einem QINS durch Messung von Gravitationsänderungen möglich und damit z. B. auch die Detektion von Wasserreservoirs denkbar.

Geführte Materiewelleninterferometer

Bisherige Konzepte für Quanteninertialsensoren basierten auf Echzeit-Messungen an frei fallenden Atomen. Das bringt große Herausforderungen mit sich. Bei hohen Beschleunigungen oder Drehraten droht Signalverlust, was ihren praktischen Einsatzbereich limitiert. In diesem Projekt werden deshalb Materiewellen zur Messung verwendet, welche auch dann funktionieren, wenn der Messapparat hohe Beschleunigungen erfährt.
Die Materiewellen werden in Wellenleitern vollständig geführt. Das erlaubt eine hohe Flexibilität sowie Messungen von Rotationen, Beschleunigungen und deren Gradienten in mehrere Richtungen. Im Projekt werden außerdem Methoden zur Unterdrückung gängiger Fehlerquellen verwendet und Konzepte zur Miniaturisierung der Geräte erforscht, um so den Weg zur praktischen Anwendbarkeit zu ebnen.

Projektdetails

Projektlaufzeit:
01.08.2018 - 31.07.2022

Projektvolumen:
ca. 1,6 Mio. € (Förderquote 100%)

Projektkoordinator

Dr. Dennis Schlippert
Leibniz Universität Hannover
Fakultät für Mathematik und Physik - Institut für Quantenoptik
Welfengarten 1
30167 Hannover

E-Mail-Adresse: schlippert (at) iqo.uni-hannover.de
Übergeordnete Maßnahme
Schmuckbild - zur Fördermaßnahme Quantum Futur
Nachwuchswettbewerb Quantum Futur