Basistechnologien für Quantensysteme

Wesentlicher Schritt auf dem Weg einer Innovation zum Produkt ist der Übergang vom Laboraufbau hin zum robusten und zuverlässigen Gerät. Hierfür gilt es, die technologischen Grundlagen zu schaffen.

Alle Quantentechnologien werden in ihren aktuellen Anwendungen durch das verfügbare technische Equipment, insbesondere dessen Größe und Zuverlässigkeit beschränkt. Die Präparation und Kontrolle der Quantenzustände erfordert dabei einen beträchtlichen apparativen Aufwand sowie hochqualifiziertes Personal für die Bedienung der erforderlichen  Gerätetechnik.

Verlässliche und kosteneffiziente Gerätetechnik erforderlich

Begleitend zu den grundlegenden physikalischen Arbeiten bedarf es daher auch einer technologischen Weiterentwicklung derjenigen Geräte, die zur Beherrschung der empfindlichen Quantenzustände wesentlich sind. Dabei sind neben der Erreichung der eigentlichen technologischen Performanz weitere Faktoren wichtig, wie die einfache Bedienbarkeit und ein stabiler Betrieb. Mittel- und langfristig muss die Gerätetechnik eine Verlässlichkeit und Kosteneffizienz erreichen, die den Anforderungen des jeweiligen Zielmarkts entspricht. Das industrielle Engineering der technischen Systeme – kleiner, effizienter und kompakter und damit auch robuster und betriebssicherer – liefert erst die Voraussetzungen, die Komplexität beispielsweise einer Quantenmesstechnik oder eines Quantencomputers so zu beherrschen, dass die überhaupt außerhalb eines Labors verfügbar gemacht werden kann. Der Bereich der „enabling technologies“ stellt damit das technologische Rückgrat bei der Erforschung und Entwicklung der einzelnen Quantentechnologien dar.

Die Quanten-Gerätetechnik kann durchaus als ein eigenständiger Markt angesehen werden, da die weltweite Laborausrüstung der Forschungsinstitute für sich genommen schon ein substanzielles Marktvolumen darstellt. Für deutsche Unternehmen eröffnen sich daher auch für den Absatz solcher High-Tech-Produkte sehr gute Chancen im internationalen Wettbewerb.

Genau hingeschaut: Quantentechnologien und Photonik

Die Quantenoptik bildet das Grundgerüst für eine Vielzahl von Anwendungen, insbesondere im Bereich der Kommunikationstechnologien. Eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit optischer Komponenten und Subsysteme bei gleichzeitiger Reduktion von Komplexität und Preis ist daher für einen technologischen Einsatz ein wesentlicher Schritt. Relevante Themen sind innovative Optikmaterialien aber auch Aufbau- und Verbindungstechnologien, um die komplexen optischen Aufbauten in kompakte Packages zu überführen.
Ein hervorzuhebender Bereich der Quantenoptik sind die Lichtquellen. Hier besteht Bedarf an Hochleistungslichtquellen mit sehr guten Kohärenzeigenschaften und hoher Stabilität.

 

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