Genauer messen mit Quantendetektoren

Alltagstaugliche Messapparate sollen das gesamte Potenzial der Quantenmechanik ausschöpfen.

Präzise Zeit- und Frequenzmessungen kommen bei Material­über­prüfungen, bei der Detektion von Gaslecks oder bei der licht­basierten Entfernungs­messung zum Einsatz. Bei Letzterer wird ein Licht­puls in Richtung eines Objekts geschickt und die Zeit gemessen, die das zurück­ge­streute Licht braucht, um den Mess­apparat zu erreichen. Aller­dings ist die Auflösung dieser Messungen begrenzt. Sind die Entfernungen zu gering, können sie nicht mehr ermittelt werden. Forschern der Uni Paderborn um Christine Silber­horn ist es kürzlich gelungen, diese Auflösungs­begrenzung zu umgehen, indem sie Methoden der Quanten­physik ein­ge­setzt haben. Bei einem inter­natio­nalen Forschungs­projekt, das am 1. März gestartet ist, sollen die Ergebnisse jetzt mit Partnern aus Frankreich, Polen, Spanien und Tschechien bis zur Anwendungs­reife weiter­ent­wickelt werden.

Abb.: Im Rahmen des internationalen Forschungsprojekts ApresSF sollen...
Abb.: Im Rahmen des internationalen Forschungsprojekts ApresSF sollen Quantendetektoren bis zur Anwendungsreife weiterentwickelt werden. (Bild: B. Mazhiqi, U. Paderborn)

Das von der EU geförderte Projekt „ApresSF“ – Appli­cation-ready super­reso­lution in space and frequency – hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird auf deutscher Seite vom Bundes­minis­terium für Bildung und Forschung mit 234.000 Euro unter­stützt. An der Uni Pader­born, bei der auch die Leitung der deutschen Projekt­arbeit liegt, werden dabei neue Methoden zur immer präzi­seren Bestimmung von spektralen und zeit­lichen Abständen entwickelt. Neue quanten­infor­ma­tions­theore­tische Ansätze sollen für die Reali­sierung von Messungen mit Auf­lösungen jenseits der klassischen Grenzen erforscht werden. Dazu werden unter anderem neue Wellen­leiter­bau­teile entwickelt. Die Ansätze arbeiten am funda­mentalen Quanten­limit. Besonderes Augen­merk wird auf eine möglichst einfache Umsetzung gelegt, damit die Experi­mente als Grund­lage für eine spätere Techno­logie­entwick­lung geeignet sind.

„Unser Ziel ist es, Auflösungen zu realisieren, die unsere Mess­geräte für echte Anwen­dungen relevant machen. Dabei wollen wir spektral Auf­lösungen im Megahertz-Bereich erreichen, die es erlauben, verschiedene Moleküle zu identi­fi­zieren. Das ist zum Beispiel bei der Gas­detektion interessant. Parallel dazu wollen wir Zeit­auf­lösungen von wenigen Femto­sekunden reali­sieren. Mit solchen Auflösungen könnte man Abstände bis auf wenige Mikro­meter genau bestimmen“, sagt Team-Mitglied Benjamin Brecht.

Die Ergebnisse des Projekts sollen die Grund­lagen für neue Mess­apparate legen, die das gesamte Potenzial der Quanten­mechanik aus­schöpfen. Damit sind sie viel­ver­sprechende Kandidaten für Quanten­techno­logien, die im Alltag Einzug halten können.

U. Paderborn / RK

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