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“:

AURORA: Quantum-Enabled Polar­iza­tion of Metabo­lites in Microflu­idic Human Cell Culture

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 Technologie
Flow-Demonstrator: Demon­stra­tor für Quantensensorik-Durchflussmessung

Ziele 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

PALVIQ: Packag­ing of All-Laser-manufactured Vapor-cell for Inter­poser­in­te­grated Quantum sensors

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

QAccel­Gyro: Photonis­che Beschle­u­ni­gungssen­sorik für einen Hochleistungsinertialsensor

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

Q‑NOVA: Quantum-enhanced NMR with Novel Oscillator-based Proto­cols and Validation

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

Quantis: Quanten­sensorik für Nachhaltigkeit und Sicherheit

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

QuID-Neuro: Quanten­bio­an­a­lytis­che Integra­tion für Echtzeit­di­ag­nos­tik in der Neuroonkologie

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

QuMagWe: Quanten­mag­ne­tome­trie für Magnetisierungskur­ven von Werkstoffen

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)

Q.Weight: NV-basierte Quantensen­soren in der Wägetechnik

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.

SeQuen­Zell: Sensoren auf Basis von Quanten­tech­nolo­gie für die Unter­suchung von Batteriezellen

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

TRIQ: Trans­fer und Integra­tion von TFLN für Quantenkommunikation

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

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