Quantensysteme nutzbar machen
Unsere Forschung
Wir betreiben innovative Forschung an atomaren, quantenoptischen und festkörperbasierten Plattformen mit Fokus auf quantenbasierten Messtechnologien. Innerhalb des Leibniz-IPHT tragen wir zu den Bereichen ultrasensitive Detektion, Systemintegration und angewandte Photonik bei und erweitern diese um quantenlimitierte Sensorik sowie Quantenbauteile und darauf aufbauende anwendungsspezifische Messinstrumente.
Unsere Arbeit verbindet fundamentale Quantenphysik mit anwendungsnaher Forschung und adressiert die gesamte Entwicklungskette – von Entwurf und Nanofabrikation über die Kontrolle quantenphysikalischer Eigenschaften bis zur Integration von Demonstratoren einschließlich spezialisierter Methoden der Datenauswertung. Der Forschungsschwerpunkt liegt auf quantenphysikalischen Messprinzipien, skalierbaren Architekturen und angepassten Schnittstellen für präzise, robuste und anwendungsspezifische Quantensysteme. Wir entwickeln unter anderem atomare Dampfzellen, supraleitende Schaltungen und Qubits sowie hybride Bauelemente, die für Experimente, Instrumente und Fragestellungen in Medizin, Geo- und Umweltwissenschaften sowie in industriellen Anwendungen eingesetzt werden.
Unsere Forschung umfasst zudem den Aufbau von Demonstratoren für hochauflösende Magnetfeldmessungen, kryogene photonische Quantensensoren für quantenlimitierte Detektion sowie hybride Systeme, die unterschiedliche Quantentechnologien kombinieren. Sie ist eng mit dem Technologieportfolio des Instituts verknüpft und nutzt unter anderem Mikro- und Nanofabrikation, optische und faserbasierte Technologien, Systemtechnik und Ausleseelektronik. Ergänzt wird dies durch spezialisierte Infrastruktur, wie rauscharme Messlabore, für interdisziplinäre Forschungsarbeiten.
Forschungsschwerpunkte
Anwendungsorientierte
Quantentechnologien
Quantensysteme für Medizin, Lebens-, Umwelt- und Geowissenschaften; Transfer in industrielle und akademische Anwendungen
Quantensensorik
Optisch gepumpte Magnetometer und energieauflösende Einzelphotonendetektoren
Festkörperbasierte
Quantenschaltungen
Supraleitende Schaltungen, Quantenbits und hybride Quantensysteme für Anwendungen in Quantencomputing, -kommunikation, -sensorik und -metrologie
Materialien, Technologien
& Methoden
Materialforschung für die Quantensysteme; Mikro- und Nanofabrikation, 3D-Integrationstechniken
Hybride
Quantensysteme
Grundlagenforschung an optischen, atomaren und supraleitenden Komponenten für hochintegrierte Quantensysteme
Quantenbasierte
Instrumentierung
Systemintegration von Quantensystemen; Datenprozessierungs- und Inversionsverfahren, perspektivisch mit Methoden des maschinellen Lernens
Kooperationen und Netzwerke
Die Forschungsabteilung Quantensysteme ist in nationale und internationale Forschungs- und Transfernetzwerke der Quantentechnologien eingebunden und arbeitet eng mit Partnern aus Physik, Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften zusammen. Ein Schwerpunkt liegt auf translationaler Forschung, die den Übergang von quantenphysikalischen Grundlagen zu anwendungsnahen Systemen und marktfähigen Technologien unterstützt.
Im Technologietransfer bestehen enge Kooperationen mit nationalen und internationalen Unternehmen, um quantenbasierte Sensor-, Schaltungs- und Messkonzepte in robuste Anwendungen und industrielle Produkte zu überführen. Dabei stehen Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und Systemintegration im Vordergrund.
Das Leibniz-IPHT übernimmt durch die Forschungsabteilung Quantensysteme eine zentrale Rolle im FLUXONICS-Netzwerk und fungiert als europäischer Foundry-Standort für supraleitende Schaltungen. Diese Aktivitäten werden im Rahmen der europäischen Foundry-Initiative SUPREME weitergeführt. Zudem ist das Leibniz-IPHT über die Forschungsabteilung Quantensysteme ein Mitglied im nationalen Consortium for Cryogenic Detectors and Superconducting Electronics (CDS), das Forschungseinrichtungen und Unternehmen den Zugang zu Detektoren, hochintegrierten Ausleseschaltungen und anwendungsspezifischen Instrumenten erleichtert.
Über die Beteiligung am Forschungskollegium Physik des Erdkörpers (FKPE) sowie Forschungsverbünde in den Geowissenschaften, unter anderem im Rahmen von DESMEX-MinD, ist die Forschungsabteilung national in geophysikalische und geotechnische Fragestellungen eingebunden.
Darüber hinaus ist sie Teil des globalen Netzwerks optischer Magnetometer zur Suche nach exotischer Physik (GNOME) und betreibt entsprechende Messstationen in Deutschland und Brasilien.
Innerhalb des Leibniz-IPHT ist die Forschungsabteilung Quantensysteme eng mit Einheiten aus Photonik, Sensorik, Mikro- und Nanotechnologie sowie der Instrumentenentwicklung vernetzt. Diese Zusammenarbeit ermöglicht es, quantenbasierte Systeme von der physikalischen Konzeption bis zur Integration in anwendungsbereite Messinstrumente zu entwickeln und stärkt die Rolle des Instituts als Standort für ultrasensitive und quantenlimitierte Messtechnologien.
Ausgewählte Projekte
Quantencomputer-Demonstrator mit supraleitenden Prozessoren
Verbundprojekt QSolid: Quantencomputing in Festkörpern
Optisch gepumpte Magnetometer
QGrad: Quanten-Gradiometer zur Geoexploration und Kampfmittelsuche
Quanten-Reservoir-Computing für effiziente Signalverarbeitung
QRC-4-ESP: Entwicklung führender QRC-Systeme unter Verwendung von supraleitenden Qubits und Siliziumkarbid-Defekt-Qubits
