Quantentechnologie im Fokus

Preisträger der Zeiss Quantum Challenge ausgezeichnet

Mit dem Preis „ZEISS Quantum Challenge“ sollen herausragende Ansätze zur Lösung realer Probleme mittels Quantentechnologie und das wissenschaftliche Netzwerk gestärkt werden. Nun stehen die Preisträger der „ZEISS Quantum Challenge 2020“ fest: Prof. Dr. Friedemann Reinhard, Professor für Quantentechnologie an der Universität Rostock, und Dr. Gabriel Puebla-Hellmann, Geschäftsführer der QZabre AG in Zürich.

Problemlösungen mittels Quantentechnologie
„Die Quantentechnologie entwickelt sich rasant und bietet bisher ungeahntes Potenzial für zukünftige Innovationen in Wirtschaft und Wissenschaft. Die eingereichten Ideen der beiden Preisträger stellen vielversprechende Lösungen dar, welche den Einsatz der Quantentechnologie in realen Anwendungen und Produkten einen großen Schritt weiter voranbringen werden“, so Dr. Max Riedel, Leiter des „ZEISS Innovation Hub @ KIT“ und Jury-Mitglied bei der „ZEISS Quantum Challenge“. Die Preisträger wurden bei der QuApps Konferenz am 2. März 2021 verkündet und stellten dabei der Fachwelt ihre Ansätze vor.

Von der wissenschaftlichen Anwendung zu marktfähigen Produkten
Die Idee hinter der „ZEISS Quantum Challenge“ ist, in der Quantentechnologie den Sprung der wissenschaftlichen Anwendung vom Labormaßstab zu marktfähigen Produkten voranzutreiben. Denn obwohl die Quantentechnologien immer weiter ausreifen, sind sie noch nicht vom Labor zu den industriellen Anwendungen übergegangen.

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Diese Situation hat Zeiss veranlasst, einen Wettbewerb zu starten, der sich dem Einsatz von Quantentechnologien in Sensorik- und Bildgebungsanwendungen unter realen Bedingungen widmet. Dafür hat Zeiss die Wissenschafts-Gemeinschaft im Bereich Quantentechnologie aufgerufen, sich sechs realen Herausforderungen in den Kategorien Medizintechnik, Mikroskopie und industrielle Metrologie zu stellen. Das Ziel der Challenge war, vielversprechende Lösungen zu identifizieren, unter Experten zu diskutieren und Partner zu werden, um diese Ideen gemeinsam voranzutreiben.

Prof. Dr. Friedemann Reinhard, Professor für Quantentechnologie an der Universität Rostock, ist einer der Preisträger der ZEISS Quantum Challenge 2020. (Foto: ZEISS) © ZEISS

Die Themen der Preisträger
Prof. Dr. Friedemann Reinhard wurde ausgezeichnet für seine Idee in der label-freien dreidimensionalen Mikroskopie. Die Lösung verwendet Kernspintomografie statt optischer Mikroskopie, um kleine Proben abzubilden und könnte mit NV-Zentren (Stickstoff-Fehlstellen-Zentren) durchaus realistisch sein. „Diese haben bereits gezeigt, dass sie Kernspinsignale aus Volumen von etwa 10 Mikrometer Größe relativ einfach und schnell empfangen können. Verwendet man zusätzlich magnetische Feldgradienten, lässt sich ein Kernspintomograf auf der Mikrometerskala nachbauen“, so Reinhard. Dieser könnte dann undurchsichtige Proben dreidimensional untersuchen. „Er würde auch label-freie Abbildung ermöglichen, z.B. über Bildgebung des chemischen Shifts. Auch die Abbildung von Bewegungen oder Diffusion wäre möglich.“ Eine mögliche Anwendung sind die Lebenswissenschaften. Eine andere vielversprechende Anwendung ist die Batterieforschung. Hier wird Kernspinresonanz auf größeren Skalen bereits eingesetzt, und optische Mikroskopie scheidet aus, weil Batterien nicht durchsichtig sind. Außerdem sind Bewegungen und Diffusion von Interesse.

Dr. Gabriel Puebla-Hellmann, Geschäftsführer der QZabre AG in Zürich, ist einer der Preisträger der ZEISS Quantum Challenge 2020. (Foto: ZEISS) © ZEISS

Dr. Gabriel Puebla-Hellmann wurde ausgezeichnet für seinen Beitrag zur präzisen Orts- und Richtungsbestimmung mittels Quantentechnologie. Kern der Lösung sind Stickstoff-Fehlstellen, Atom-große, sehr empfindliche Magnetfeldsensoren. „Aufgrund ihrer Größe kann man sehr viele Fehlstellen in einem kleinen Volumen realisieren und so ein Magnetfeld Sensor auf der sub-100 Nanometer Skala schaffen, der sowohl Wert als auch Richtung des Feldes bestimmt“, so Puebla-Hellmann. „Das spezielle an diesem Sensor ist, dass er über mehr als sechs Größenordnungen gleich präzise bleibt und damit viel höhere Auflösung bei gleichem Testvolumen bietet.“

Der Ansatz ist vor allem für die industrielle Metrologie relevant. Ein Beispiel ist die Fertigung von Bauteilen mit höchster Präzision, deren Dimensionstreue nach der Fertigung überprüft werden muss. Unser Ansatz hilft, diesen Schritt präziser zu machen und möglicherweise auch schneller.

Zum Preis
Mit dem Preis würdigt Zeiss herausragende Ansätze zur Lösung realer Probleme in den Bereichen Medizintechnik, Mikroskopie und industrieller Metrologie mittels Quantentechnologie. Ziel der Challenge ist es, vielversprechende Lösungen im Bereich der Quantentechnologie zu identifizieren, unter Experten zu diskutieren und gemeinsam voranzutreiben.

Quelle: Carl ZEISS

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