Quantensensoren: neue Möglichkeiten für Medizin, Alltag und Industrie

Ein Beitrag der Universität Stuttgart vom 09.12.2020, hier geht es zum original Beitrag:
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Auszüge:

Quantensensoren haben gegenüber herkömmlichen Sensoren entscheidende Vorteile. Forscherinnen und Forscher der Universität Stuttgart machen die Sensoren alltagstauglich für Medizin, Industrie 4.0, Mobilität und Nachhaltigkeit.

Sie können Krebs früher erkennen, Prothesen steuern und winzigste Signale an der Grenze des theoretisch Möglichen messen. Quantensensoren sind die Spitzentechnologie im Bereich der Sensorik. Im Rahmen des Zukunftsclusters-Finalisten „Quantensensoren der Zukunft“ (QSens) erforscht ein Team rund um Prof. Jens Anders, Clustersprecher und Leiter des Instituts für Intelligente Sensorik und Theoretische Elektrotechnik (IIS), und Prof. Jörg Wrachtrup, Co-Sprecher und Leiter des 3. Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart, die Quantensensorik.

QSens ist eine Clusterinitiative, in der sich die Universitäten Stuttgart und Ulm, das Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS CHIPS), das Hahn-Schickard Institut für Mikroaufbautechnik (Stuttgart) sowie bislang 17 Industriepartner zusammengetan haben, um Quantensensoren alltagstauglich zu machen. Sie ist einer von 16 Finalisten im Wettbewerb der Zukunftscluster-Initiative (Clusters4Future) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.

„Wir machen Quantensensoren fit für den Alltag“, beschreibt Anders eine der Aufgaben von QSens. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen hochpräzise und günstige Sensoren für die Industrie und den Endkunden entwickeln. In drei bis vier Jahren sollen erste Quantensensoren in Serie produziert werden.

Die Industrie hat das große Potenzial der Quantensensoren erkannt: Sie messen präziser und ermöglichen so zahlreiche neue Anwendungen, die für klassische Sensoren nicht zugänglich sind. Ob Magnetfelder, Beschleunigung oder Druck, Quantensensoren erfassen winzigste Signale und Änderungen und messen so genau wie kein Sensor zuvor. „Wir messen am physikalischen Limit“, sagt Anders. Im Gegensatz zu klassischen Sensoren sind die Messwerte von Quantensensoren oft direkt auf die Referenzgrößen des SI-Einheitensystems für physikalische Größen bezogen. Dies spart die sonst notwendige Kalibrierung und somit Geld.

Quantensensoren im Alltag

Die von QSens entwickelten Sensoren sollen in den Alltagsbereichen Mobility, Healthcare, Internet of Things und Sustainability eingesetzt werden. Quantensensoren werden in Zukunft zum Beispiel Krebs erkennen, bevor ein Patient Symptome zeigt. Dazu messen sie freie Radikale im Körper, die ein spezifischer Indikator für eine Vielzahl von Erkrankungen, insbesondere auch Krebs, sind. Ebenso werden Patient*innen zukünftig mit Hilfe der Sensoren über Nervenimpulse gezielt Prothesen steuern können.

Darüber hinaus wollen die Forscherinnen und Forscher Quantensensoren einer breiten Öffentlichkeit mit Veranstaltungen, Videos und ScienceSlams zugänglich machen. „Quantenphysik ist nichts Übernatürliches. Es ist normale Physik, die dann angewendet werden muss, wenn es um sehr, sehr kleine Energieunterschiede geht“, erklärt Prof. Jens Anders.

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Produkte mit Quantensensoren: