Förderung im Handlungsfeld “Anwendungen”
Förderlinie “Transfer-Booster für Quantentechnologie-Demonstratoren”
Förderung im Handlungsfeld “Anwendungen”
Förderlinie “Transfer-Booster für Quantentechnologie-Demonstratoren”
Mit der Fördermaßnahme „Transfer-Booster für Quantentechnologie-Demonstratoren“ unterstützen wir kleine agile Projektteams, die neue Anwendungsideen für Quantentechnologie in Machbarkeitskonzepte, Prototypen oder Demonstratoren umsetzen. Gemeinsam entwickeln Forschende und Praxispartner aus Baden-Württemberg in einem Sprint von zwölf Monaten marktrelevante Produkte, damit die Quantentechnologien schneller aus der Forschung in die Umsetzung kommen.
Die Ergebnisse der Förderung werden auf Veranstaltungen von QuantumBW öffentlich präsentiert und diskutiert. Informationen dazu finden Sie unter NEWS.
Allgemeine Informationen zur Förderlinie „Transfer-Booster für Quantentechnologie-Demonstratoren“:
- Förderzeitraum: Februar 2026 bis Februar 2027
- Förderlaufzeit: 12 Monate
- Fördersumme gesamt: 4,2 Millionen Euro
- Gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst sowie das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus
Ziele und Transfer:
Fortschritte in der Krebsforschung und Arzneimittelentwicklung werden durch den Mangel an Laborinstrumenten eingeschränkt, mit denen das Stoffwechselverhalten komplexer Krebszellmodelle zuverlässig bewertet werden kann. Stoffwechselveränderungen sind oft die frühesten Indikatoren für das Ansprechen auf eine Therapie, doch die derzeitigen In-vitro-Technologien sind entweder destruktiv, liefern nur indirekte Messwerte oder verfügen nicht über die erforderliche Empfindlichkeit, um diese dynamischen Prozesse in Echtzeit zu erfassen. Um diese Herausforderungen anzugehen, entwickelt dieses Projekt einen quantenbasierten Demonstrator.
Ziel ist es, den ersten biokompatiblen Quantensensor zu schaffen. Dazu soll ein Analysechip, der die Handhabung von Flüssigkeitsmengen im Mirko- bis Pikoliterbereich bei der Kernspinresonanz-Analyse ermöglicht, mit dem Hyperpolarisationsverfahren kombiniert werden. Das verspricht, den Stoffwechsel in patientenabgeleiteten Tumorzellhaufen in Echtzeit zu überwachen. Die Hyperpolarisation verstärkt dabei die Quantensignale der Kernspins bei der NMR-Analyse um mehr als das 10.000-fache und ermöglicht so die direkte, nicht-invasive Echtzeit-Detektion von Metaboliten in physiologisch relevanten Konzentrationen.
Der Demonstrator wird Forschenden ein neues Instrument zur Untersuchung des Krebsstoffwechsels, zur Arzneimittelforschung und zur Weiterentwicklung präziser onkologischer Ansätze zur Verfügung stellen. Durch die Ermöglichung zuverlässiger Experimente an von Patienten erhaltenen Tumormodellen reduziert die Technologie auch die Abhängigkeit von Tierversuchen. Gleichzeitig eröffnet sie eine klare Marktchance: der Praxispartner beabsichtigt, den Demonstrator als Ergänzungsmodul zu seinem Hyperpolarisator zu vermarkten und damit Pharma- und Biotech-Unternehmen eine neuartige Plattform für die Arzneimittelentwicklung und translationale Forschung anzubieten.
Koordinierender Projektpartner: Institut für Mikrostrukturentechnik, Karlsruher Institute für TechnologieZiele und Transfer:
Das Fraunhofer IPM entwickelt einen quantensensorik-basierten Demonstrator, um Fluide in Rohren kontaktlos zu vermessen. Der Demonstrator zeigt, dass sich der Fluss von Flüssigkeiten in Rohren von außen und ohne Eingriff in die Leitung messen lässt – sogar durch metallische Rohrwände. Dazu wird die Flüssigkeit kurz magnetisiert und mit einem kurzen Funksignal „markiert“. Diese Markierung bewegt sich mit dem Strömungsgeschwindigkeitsprofil durch das Rohr. Hochempfindliche Quantensensoren erkennen die dadurch entstehenden, winzigen Änderungen des Magnetfelds. Aus der Zeit, die die Markierung zwischen zwei Messpunkten benötigt, lässt sich die Fließgeschwindigkeit („Time of Flight“) berechnen. Weil die Messung mit niederfrequenten Magnetfeldern arbeitet, funktioniert sie auch durch Stahl und kann grundsätzlich für viele Medien eingesetzt werden – von Wasser bis zu Ölen. Der Demonstrator wird als klappbare Manschette („Clamp‑on“) außen am Rohr befestigt und kommt ohne Umbauten aus.
Über die Messung der Fließgeschwindigkeit hinaus liefert die Methode einen Mehrwert: Sie reagiert auf das Strömungsprofil im Rohr und kann Unterschiede zwischen laminarer und turbulenter Strömung sichtbar machen. Das hilft bei Inbetriebnahme, Abgleich und Diagnose, etwa um Störungen frühzeitig zu erkennen, ohne eine Anlage zu öffnen.
Der Demonstrator wird unter realen Bedingungen erprobt und anhand klarer Kennzahlen bewertet, zum Beispiel Genauigkeit, Messbereich, Temperaturfenster und Funktion durch Metall. Das Potenzial ist groß: In der Elektromobilität mit ölbasierter Kühlung, in Prozess- und Chemieindustrie oder in Prüfständen schließt er eine Lücke, in der etablierte Verfahren an Grenzen stoßen. Patentierte Grundlagen und erfolgreiche Laborversuche bilden die Basis für dieses Projekt.
Koordinierender Partner: Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Ziele und Transfer:
Quantensensoren auf Basis von Alkali-Dampfzellen gelten als Schlüsseltechnologie für hochpräzise Anwendungen in Navigation, Messtechnik und industrieller Überwachung (u. a. Gyroskope, Magnetometer, Laserfrequenzstabilisierung und Atomuhren). Ihre breite Nutzung wird bislang aufgrund der eingeschränkten, serientauglichen Fertigung, zuverlässiger Verkapselung und einer robusten optisch-elektrischen Integration verzögert.
Das Projekt PALVIQ adressiert diese Lücke mit einer vollständig laserbasiert gefertigten, photonisch integrierten monolithischen Dampfzelle in Glas-Interposer-Technologie und einem konsequenten System-in-Package (SiP)-Ansatz. Kern ist die durchgängige, waferparallele Prozesskette.
Als transferfähiges Ergebnis entsteht in PALVIQ eine photonisch integrierte miniaturisierte Spektroskopiezelle zur Laserfrequenzstabilisierung als „Minimum Viable Product“. Sie bildet die wesentlichen Teilsysteme für weitere Anwendungen, die als Schlüsseltechnologien für Quantum Sensing und Positioning, Navigation and Timing (PNT) gelten (Gyroskope, Atomuhren und Magnetometer), erfolgreich ab und ist damit direkt in den weiteren Technologiepfad überführbar.
Mit PALVIQ entsteht eine Schlüsseltechnologie für industrielle Quantensensorik: standardisierbar, skalierbar und kompatibel zu bestehenden Fertigungslinien.
Koordinierender Partner: Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW), Universität Stuttgart
Ziele und Transfer:
Im Rahmen des Projekts Q‑AccelGyro wird an der Integration und Erprobung eines neuartigen Inertialnavigationssensors, basierend auf einem miniaturisierten optomechanischen Beschleunigungssensors (OMAS) und einem einachsigen Quanten-Gyroskops (QYRO) auf einer Alta‑X Drohne gearbeitet. Das Ziel besteht darin, die bereits im Labor erfolgreich getesteten Prototypen von OMAS und QYRO innerhalb eines Zeitraums von zwölf Monaten so zu modifizieren, dass sie ausreichend robust für den Einsatz auf einer Drohnenplattform sind und dort in Flugversuchen unter realen Einsatzbedingungen ihre Leistungsfähigkeit nachweisen können.
Das Projekt stellt sich einem zentralen Zukunftsthema: der zuverlässigen Navigation ohne Satellitensignale. Konventionelle MEMS-Sensoren in Kombination mit hoch performanten Gyroskopen erweisen sich für diesen Zweck bei längeren Flugzeiten als zu ungenau. Darüber hinaus sind klassische High-End-Systeme, wie etwa faseroptische Gyroskope, für den Einsatz in unbemannten Luftfahrzeugen aufgrund ihrer hohen Kosten und ihres hohen Gewichts wenig geeignet. Q‑AccelGyro schließt diese Lücke, indem es die Präzision optomechanischer Sensorik für Beschleunigungsmessungen mit der Miniaturisierung eines Quantengyroskops verbindet. Die Entwicklung eines Demonstrators, der die Fehler-Stabilität von Laborprototypen mit der Praxistauglichkeit für mobile Anwendungen vereint, wird angestrebt.
Neben der technischen Innovation ist das Projekt von hoher strategischer Bedeutung. Es eröffnet wirtschaftliche Chancen entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von photonischen Zulieferern über Systemintegratoren bis hin zu Anwendern in den Bereichen Luftfahrt und Mobilität. Die Ergebnisse sind von Dual-Use-Relevanz, da sie sowohl in zivilen Bereichen wie der Logistik, der urbanen Luftmobilität und der kritischen Infrastruktur als auch in sicherheitsrelevanten Anwendungen der Inertialnavigation zur Absicherung gegen Ausfälle von Satellitennavigationssystemen eingesetzt werden können.
Koordinierender Partner: DLR-Institut für Quantentechnologien
Ziele und Transfer:
NMR-Spektroskopie (Kernspinresonanz) liefert hochspezifische Einblicke in Moleküle – ist bislang aber groß, teuer und häufig zu unempfindlich für Anwendungen außerhalb spezialisierter Labore. Unser Vorhaben überführt NMR in ein kompaktes, empfindliches Niederfeld-Format: Dazu kombinieren wir eine neuartige, totzeitfreie Detektion mit spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCOs) und Parawasserstoff-induzierter Hyperpolarisation (PHIP). PHIP verstärkt das NMR-Signal um Größenordnungen; der VCO-Detektor erfasst es unmittelbar nach und sogar während der Anregung. Beides zusammen ist entscheidend, um auch kurzlebige Signale sicher zu messen. Damit werden quantenmechanisch erzeugte Spinpopulationen (Hyperpolarisation) mit einem klassisch arbeitenden, aber quantensensitiven Detektor erfasst – eine Verknüpfung zwischen Quanten- und klassischer Physik.
Ziel ist ein anwendungsnaher Demonstrator mit einer Konzentrationsempfindlichkeit im Zielbereich um 10 μM für relevante kleine Moleküle. Damit schaffen wir die Grundlage für portable, kosteneffiziente NMR-Sensoren, die perspektivisch in der Medizin (z. B. metabolisches Patientenmonitoring), der Umweltanalytik (z. B. Spurenstoffe) und der industriellen Prozessüberwachung eingesetzt werden können.
Das Konsortium vereint drei komplementäre Stärken aus Baden-Württemberg:
- Universität Stuttgart (IIS): Design und Aufbau des VCO-Detektors, Elektronik, Magnet/Spulen, FPGA-Auslese; Integration zum Gesamtdemonstrator.
- Universität Ulm (ICQ): Quantenmechanische Modellierung und Simulation der nichtlinearen Detektionsmodi zur optimalen Sensoransteuerung und ‑auslesung.
- Praxispartner: PHIP-Hyperpolarisation, Bereitstellung von Proben/Workflows und anwendungsnahe Systemtests.
Innerhalb von zwölf Monaten wird der Demonstrator entwickelt, integriert und in einem realistischen Anwendungsszenario validiert. Auf Basis der Demonstration bereiten wir Anschlussaktivitäten vor – von Miniaturisierung und Erhöhung der Skalierbarkeit über Pilotanwendungen bis hin zu IP-basierter Verwertung.
Koordinierender Partner: Institut für Intelligente Sensorik (IIS), Universität Stuttgart
Ziele und Transfer:
Das Vorhaben Quantis zielt auf die Entwicklung und Demonstration innovativer zerstörungsfreier Prüfverfahren (ZfP) auf Basis quantensensorischer Magnetfeldmessungen ab. Im Zentrum stehen hochsensitive Quantensensoren mit NV-Zentren in Diamanten, die magnetische Felder in bislang nicht erreichter Empfindlichkeit nach Stärke und Richtung erfassen können. Damit eröffnet das Projekt neue Möglichkeiten zur Zustandsbewertung sicherheitsrelevanter Materialien – kontaktlos, ressourcenschonend und perspektivisch inline-fähig.
Der geplante Anwendungsdemonstrator adressiert zwei praxisnahe Use Cases aus dem Bauwesen und dem produzierenden Gewerbe.
- Im Baukontext wird die zerstörungsfreie Erfassung von Bewehrungslage und ‑zustand in tragenden Stahlbetonbauteilen untersucht. Ziel ist es, Korrosionsschäden wie Brüche oder flächige Querschnittsverluste zuverlässig zu detektieren und damit die Wiederverwendung von Bauteilen im Sinne der Kreislaufwirtschaft zu unterstützen. Dies leistet einen direkten Beitrag zu Ressourcenschonung, CO₂-Reduktion und Planungssicherheit bei Genehmigungsprozessen.
- Im industriellen Umfeld liegt der Fokus auf der Inline-Früherkennung von Fehlstellen in schwach magnetischen Drähten für technische Federn. Durch den Einsatz quantensensorischer Magnetfeldmessungen sollen material- und prozessbedingte Defekte bereits zu Beginn der Fertigung identifiziert werden, um Ausschuss ganzer Chargen zu vermeiden und Qualität sowie Wirtschaftlichkeit nachhaltig zu verbessern.
Das interdisziplinäre Konsortium gewährleistet eine enge Verzahnung von Grundlagenkompetenz, Anwendungserfordernissen und technologischer Umsetzung. Insgesamt demonstriert das Projekt das Potenzial quantensensorischer Technologien als Schlüsselbaustein für sichere, nachhaltige und wettbewerbsfähige Produktions- und Bauprozesse.
Koordinierender Partner: Materialprüfungsanstalt (MPA), Universität Stuttgart
Ziele und Transfer:
QuID-Neuro schließt eine zentrale Lücke in der Chirurgie von Hirntumoren (Gliomchirurgie): die fehlende, schnelle und verlässliche molekulare Guidance am OP-Tisch. Das Konsortium aus der Universität Stuttgart und dem Universitätsklinikum Freiburg überführt einen hochsensitiven Quantensensor (NV-NMR) in den klinischen Kontext. Ziel ist der spezifische Nachweis bestimmter Marker und Laktate in Mikroliter-Proben, mit Ergebnissen innerhalb eines OP-kompatiblen 30-Minuten-Fensters.
In einer 12-monatigen Machbarkeitsstudie wird der bestehende NV-NMR-Aufbau für klinische Matrizes optimiert: Hyperpolarisation (DNP/PHIP), verbesserte Pulssequenzen und repetitives Auslesen steigern die Sensitivität; Mikrofluidik und On-Cartridge-Konditionierung sichern Selektivität in komplexen cerebrospinalen Fluiden (CSF). Die Resultate werden mit den gegenwärtigen Methoden, z. B. LC-MS verglichen.
Neuartig ist der erste quantitativ validierte Einsatz von NV-NMR an echten klinischen Proben sowie die durchgängige Bench-to-Bedside-Kette in Baden-Württemberg. Das Projekt legt die technische und klinische Basis für ein kompaktes Point-of-Care-Modul und adressiert damit Diagnostik „in Echtzeit“. Der erwartete Nutzen reicht von präziser intraoperativer Stratifizierung über verbesserte Resektionsentscheidungen bis zu verkürzten Diagnosewegen. Mit einem klaren Verwertungsplan (Open-Access-Ergebnisse nach IP-Prüfung, SOP-Sharing) stärkt QuID-Neuro das QuantumBW-Ökosystem und bereitet den Demonstrator der nächsten Phase vor.
Koordinierender Partner: 3. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart
Ziele und Transfer:
Das Projekt QuMagWe entwickelt eine neuartige quantensensorische Messtechnik zur Erfassung vollständiger Magnetisierungskurven (B‑H-Hysteresen) an industrierelevanten Werkstoffen, insbesondere Elektroblechen für Elektromotoren. Im Zentrum steht ein speziell entwickeltes NV-Sensormodul, das hochaufgelöste und empfindliche Messungen an Mikrozugproben ermöglicht – sowohl im unbelasteten Zustand als auch unter definierter mechanischer Belastung. Ergänzend kommen Widefield- und Rastersondenmagnetometrie zum Einsatz, um optional bildgebende Magnetfeldinformationen zu gewinnen.
Ziel ist die direkte Beobachtung von magnetischen Domänenentwicklungen, Pinning-Effekten und texturinduzierten Anisotropien, die durch Herstellungsprozesse und mechanische Beanspruchung beeinflusst werden. Die Technologie erlaubt eine zerstörungsfreie, mikroskalige Analyse magnetischer Werkstoffeigenschaften und eröffnet neue Möglichkeiten für die Qualitätskontrolle, Prozessentwicklung und vorausschauende Instandhaltung in der Elektromobilität und im Maschinenbau.
Das Projekt wird gemeinsam vom Fraunhofer IAF (Sensorentwicklung, Photonik, NV-Diamantoptimierung) und dem Fraunhofer IWM (Werkstoffprüfung, mikromechanische Tests, Anwendungstransfer) durchgeführt. Es stärkt das Quantenökosystem Baden-Württemberg durch einen industriegetriebenen Leuchtturm-Use-Case mit direkter Anbindung an Schlüsselbranchen und schafft Potenziale für Ausgründungen, IP-Generierung und nachhaltige Wertschöpfung entlang der gesamten Prozesskette.
Koordinierender Partner: Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF)
Ziele und Transfer:
Was wäre, wenn Waagen zu jedem Zeitpunkt das richtige Gewicht anzeigen würden und weder kalibriert, noch justiert oder gar geeicht werden müssten? Quantensensoren bieten die Möglichkeit, genau diese Vision umzusetzen, da sie inhärent driftfrei sind und damit zu jeder Zeit den wahren Messwert anzeigen. Q.Weight setzt genau hier an. Das Projekt hat zum Ziel, einen quantenbasierten Waagen-Demonstrator aufzubauen. Die Entwicklung im Projekt übernimmt Hahn-Schickard als etabliertes Forschungsinstitut im Bereich Aufbau- und Verbindungstechnik, mit langjähriger Erfahrung im Bereich Sensorentwicklung. Dabei bietet die vom Institut entwickelte π‑Mk1 Plattform, entstanden im BMFTR geförderten Projekt QOOOL Sensing, die Ausgangsbasis für den zu entwickelnden Quantensensor-Demonstrator. Um von einem kostengetriebenen Demonstrator zu einem hochperformanten Quantensensor heran zu wachsen, spielt der verwendete Diamant eine wichtige Rolle. Hierzu steuert das Fraunhofer IAF anwendungsspezifische Diamanten bei. Weitere Komponenten müssen befähigt werden, die hohe Performance zu erreichen. Zusammen werden diese in die π‑Mk1 Plattform integriert und mit entsprechender Messtechnik verbunden. Der Sensor wird in eine Waage eingebaut und das Funktionsprinzip wird demonstriert. Außerdem soll ein allgemeingültiges Quantensensordemonstrator-Kit für erste Versuchsmessungen bei interessierten Unternehmen entstehen, um einen niederschwelligen Zugang zur Quantentechnologie zu schaffen.
Koordinierender Partner: Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.
Ziele und Transfer:
Im Rahmen des Vorhabens SeQuenZell werden Batterietestzellen hergestellt, in die ein Quantensensor basierend auf oberflächennahen Stickstoff-Fehlstellen-Zentren in Diamant integriert ist. Der Quantensensor ist dabei inklusive der notwendigen Mikrowellenstrukturen im optischen Zugang zur Batteriezelle integriert. Ziel ist es, dadurch lokale Stromdichteunterschiede auflösen zu können, die mit Degradationsmechanismen der Batterien in Zusammenhang gebracht werden können. Des Weiteren werden im Vorhaben auch andere Messprotokolle getestet, die beispielsweise Aufschlüsse über die lokale Verteilung der Ionenkonzentrationen und Ladungszuständen innerhalb der Batterie geben können. Dies erfolgt alles mit dem Ziel eine komplementäre Messmethodik zu den schon existierenden optischen Messverfahren zu etablieren und damit bisher nicht mögliche, tiefere Einblicke in die Degradationsmechanismen von Batterien zu ermöglichen.
Koordinierender Partner: DLR-Institut für Technische Thermodynamik
Ziele und Transfer:
Das Projekt TRIQ adressiert den zentralen Engpass heutiger quantensicherer Kommunikationssysteme: die Limitierung der Senderleistung durch konventionelle Modulatoren.
Ziel ist es, durch den Einsatz von Dünnschicht-Lithiumniobat (TFLN)-Modulatoren in bestehende Indiumphosphid (InP)-basierte QKD-Senderarchitekturen eine signifikante Steigerung der Modulationsbandbreite, Signalqualität und Stabilität zu erreichen. Damit soll die Performance faserbasierter Quantenkommunikation messbar verbessert und der Transfer zur industriellen Nutzung beschleunigt werden.
Im Vorhaben wird eine hybride InP-TFLN-Senderstruktur entwickelt, bei der TFLN-Modulator-PICs (MZM/PM) mit hoher Bandbreite, geringem Chirp und hohem Extinktionsverhältnis in bestehende Systeme integriert werden. Der Demonstrator ermöglicht aggregierte Schlüsselraten im Gbit/s‑Bereich bei niedrigen Fehlerraten und stabiler Betriebsführung bei gleichzeitiger Übertragung mehrerer Datenkanäle. Durch Vergleichsmessungen mit und ohne TFLN wird der technologische Mehrwert quantifiziert.
Das Konsortium vereint komplementäre Kompetenzen entlang der regionalen Wertschöpfungskette:
- Die Universität Heidelberg übernimmt die wissenschaftliche Leitung, Systemintegration und messtechnische Validierung.
- Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) stellt die 20 km lange QKD-Teststrecke für Feldversuche bereit und bewertet die Leistungsfähigkeit unter realen Netzwerkbedingungen.
- Der Praxispartner entwickelt und liefert die TFLN-Modulatoren inklusive Packaging und Schnittstellendokumentation.
Das Projekt schafft ein übertragbares Upgrade-Modul für bestehende QKD-Sender und senkt die Hürden für die industrielle Einführung quantensicherer Kommunikation. TRIQ leistet einen substanziellen Beitrag zur Kommerzialisierung und Souveränität im Bereich Quantenkommunikation. Es stärkt Baden-Württemberg als Leitregion für integrierte Photonik, fördert den Wissenstransfer zwischen Forschung und Industrie und bildet die Grundlage für weiterführende Pilotanwendungen.
Koordinierender Partner: Kirchhoff-Institut für Physik, Universität Heidelberg