Fraunhofer-GesellschaftQuantensensorik nutzt Prinzipien der Quantenmechanik für präziseste Messungen kleinster Magnetfelder und andere physikalische Größen. Ein zentrales Konzept ist der Elektronenspin, eine quantenmechanische Eigenschaft von Elektronen, die sich wie ein kleiner Magnet verhält. Diese Spins können durch äußere Magnetfelder beeinflusst werden, was zu messbaren Veränderungen führt. Ein Beispiel ist die Quantenmagnetometrie mit Stickstoff-Vakanz-Zentren (NV-Zentren) in Diamanten, an der auch Fraunhofer arbeitet. Diese NV-Zentren ermöglichen es, die Zustände des Elektronenspins optisch zu messen. Die Technologie ist mittlerweile so weit fortgeschritten, dass erste kommerzielle Anwendungen im Einsatz sind.
Die Quantenbildgebung nutzt verschränkte Photonen, von denen ein Photon das Untersuchungsobjekt im unsichtbaren Wellenlängenbereich beleuchtet, während das verschränkte Photon im sichtbaren Spektrum von einer Kamera detektiert wird. So wird bislang Unsichtbares sichtbar.
Wo kommen Quantensensorik und -bildgebung zum Einsatz?
In der medizinischen Diagnostik können Quantensensoren etwa die Bildgebung der Magnetresonanztomographie (MRT) erheblich verbessern, ihre Empfindlichkeit um das 10 000-fache erhöhen und damit schnellere und genauere Diagnosen erlauben. In der industriellen Materialprüfung können Quantensensoren kleinste Materialrisse oder Verformungen detektieren, ohne das Material zu zerstören. In der Navigation könnten sie präzise Positionsbestimmungen ohne GPS ermöglichen oder zur Überwachung von Umweltparametern wie Magnetfeldern und Gravitationsfeldern genutzt werden.