Wie Quantensensoren funktionieren
Statt große Mengen von Atomen zu nutzen, arbeiten Quantensensoren mit einzelnen Atomen oder Teilchen. So können sie winzige Veränderungen von Magnetfeldern, elektrischen Feldern, Temperatur, Beschleunigung oder Schwerkraft erfassen. Grundlage ist die gezielte Vorbereitung von Quantenzuständen, deren Wechselwirkung mit der Umgebung und die genaue Messung des Endzustands. Durch den Einsatz von KI und photonischen Schaltkreisen werden die Sensoren leistungsfähiger, kleiner und für mobile Anwendungen wie Autos oder tragbare Geräte geeignet.
Technologische Ansätze
- NV-Zentren in Diamanten: Messen Magnetfelder extrem genau, funktionieren bei Raumtemperatur und lassen sich miniaturisieren.
- Optisch gepumpte Magnetometer (OPMs): Werden z. B. in der Hirnforschung eingesetzt und ermöglichen Messungen, während sich Patienten bewegen.
- Atomuhren: Reifste Technologie, heute schon im Einsatz, etwa in Telekommunikation und Rechenzentren.
- Trapped Ions & Superconducting Quantum Interference Device (SQUIDs): Hochpräzise Messung elektrischer und magnetischer Felder.
Einsatzgebiete
- Medizin: Früherkennung von Herz- und Krebserkrankungen, bessere MRTs, Überwachung kindlicher Herzrhythmen im Mutterleib.
- Navigation: GPS-unabhängige Systeme, z. B. für Raumfahrt oder U-Boote.
- Industrie & Technik: Fehlersuche in Chips, hochgenaue Sensorik in autonomen Fahrzeugen.
- Geologie: Messung von Schwerkraftänderungen für Kartierungen ohne Bohrungen.
- Forschung: Untersuchung neuer Materialien und grundlegender physikalischer Effekte.
Markt und Investitionen
Die Entwicklung wird stark durch staatliche und private Investitionen gefördert:
- China: über 130 Milliarden US-Dollar für Quantenprojekte.
- USA: Milliardenprogramme für Quantencomputing und -sensorik.
- Private Investitionen: 2025 über 1,25 Milliarden US-Dollar allein im ersten Quartal.
Bis 2030 wird ein Marktvolumen von 0,7–1,0 Milliarden US-Dollar erwartet, bis 2040 könnten es bis zu 6 Milliarden werden.
Herausforderungen
- Hohe Empfindlichkeit macht Sensoren störanfällig für Umgebungsrauschen.
- Miniaturisierung und Integration sind technisch anspruchsvoll.
- Herstellung ist komplex und teuer (z. B. bis zu 2 Mio. US-Dollar pro System).
- Fehlende Standards erschweren breite Anwendung.
Trends
- Kombination von Quanten- und Photonik-Technologie.
- Neue Anwendungen in Medizin, Anti-Aging-Forschung und Neurotechnologie.
- Integration in VR- und AR-Systeme.
Fazit
Quantensensorik hat das Potenzial, viele Bereiche zu verändern. Nordamerika führt aktuell den Markt, Europa wächst am schnellsten, Asien investiert massiv. Führungskräfte sollten die Quantensensorik als strategische Technologie betrachten und frühzeitig Kompetenzen aufbauen. Die Bildung von Partnerschaften mit Quantensensor-Startups kann den Zugang zu innovativen Lösungen ermöglichen, während Pilotprojekte in spezifischen Anwendungsfeldern das Potential und die Grenzen der Technologie aufzeigen. Die Investition in Weiterbildung und Fachwissen ist essentiell, um die komplexen Quantenphänomene zu verstehen und erfolgreich zu implementieren. Die Carl-Cranz-Gesellschaft e.V. erweitert deshalb sein Seminarspektrum im Bereich der Quantentechnologien und plant ein mehrtägiges Seminar zur Quantensensorik für 2027 in Zusammenarbeit mit #Fraunhofer IOSB, #DLR und #CISMST.
