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Quantentechnologie Hochgenaue Quantensensoren spüren neuronale Erkrankungen auf

Redakteur: Hendrik Härter

Quantensensorik ist in der Lage, neuronale Krankheiten wie Alzheimer hochgenau zu diagnostizieren. Für Bosch-Chef Volkmar Denner könnte sich daraus eine europäische Erfolgsgeschichte entwickeln.

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„Die Quantentechnologie verschiebt die Grenzen des Möglichen, im Computing, aber auch in der Sensorik“, sagt Dr. Volkmar Denner, Vorsitzender der Geschäftsführung der Robert Bosch GmbH.
„Die Quantentechnologie verschiebt die Grenzen des Möglichen, im Computing, aber auch in der Sensorik“, sagt Dr. Volkmar Denner, Vorsitzender der Geschäftsführung der Robert Bosch GmbH.
(Bild: Bosch)

Wenn die Rede von Quantentechnologie ist, dann bekommen nicht nur Physiker glänzende Augen. Doch ist das Verständnis hinter der Quantentechnologie nicht trivial. Die Grundlagen hatte Albert Einstein vor gut 100 Jahren gelegt, als er sich mit der Quantenphysik beschäftigt hat. Die nur schwer begreifbaren Quanteneffekte können wir uns aber mittlerweile nutzbar machen. Auch Unternehmen wie Bosch wollen ihren technischen Nutzen daraus ziehen.

Wichtig für Dr. Volkmar Denner, Vorsitzender der Geschäftsführung bei Robert Bosch, ist, daraus eine europäische Erfolgsgeschichte zu machen. „Es geht vor allem darum, den breiten praktischen Nutzen der Quanteneffekte zu heben – von der Entwicklung CO2-neutraler Antriebe bis hin zur neurologischen Diagnostik.“

Im Mittelpunkt stehen die Quantencomputer: Ein Quantencomputer speichert Informationen nicht wie gängige Computer als Bits, die nur zwei mögliche Zustände annehmen können, nämlich Eins oder Null. Ein Qubit eines Quantencomputers kann auch alle Zustände dazwischen einnehmen. Daher steigt die Menge der Informationen, die ein Quantencomputer speichern und verarbeiten kann, exponentiell mit der Zahl der Qubits.

CO2-neutrale Antriebe dank Quantencomputer

Genau diese noch nicht verfügbaren Quantencomputer sollen laut Denner Bosch dabei helfen, einen CO2-neutralen Antrieb zu konstruieren. Denn will eine Industrie auch „übermorgen technologisch souverän sein, dann braucht es eine eigene Hardware-Plattform für das Quantencomputing“, ist sich Denner sicher.

Ebenfalls interessant für Bosch ist die Simulation neuer Materialien bis hinunter in die atomare Struktur, die selbst mit bisherigen Super-Rechnern nicht möglich ist. Daraus ließen sich neue Materialien für Katalysatoren entwickeln, die wiederum den Einsatz von Edelmetallen in Brennstoffzellen-Systemen deutlich senken könnten.

Quantensensorik in der Medizintechnik

Der Projektleiter für Quantensensoren, Dr. Tino Fuchs, beim Detektieren von winzigen Magnetfeldern mit den Stickstoff-Fehlstellen-Quantensensor.
Der Projektleiter für Quantensensoren, Dr. Tino Fuchs, beim Detektieren von winzigen Magnetfeldern mit den Stickstoff-Fehlstellen-Quantensensor.
(Bild: Bosch)

Neben den Quantencomputern könnte die Quantensensorik beispielsweise dabei helfen, wo aktuelle Medizindiagnostik an ihre Grenzen stößt. Für hochgenaue Messungen führen gerade Fehler in einem Diamanten. Wenn ein Diamant rein ist, dann besteht er aus reinem Kohlenstoff. An den Fehlstellen allerdings befindet sich ein Stickstoffatom und daneben fehlt das Kohlenstoffatom.

Diese Stellen in einem Diamant sind hochsensibel gegenüber winzigen Veränderungen von Magnetfeldern. Bei neuronalen Erkrankungen lässt sich dieser Fehler im Diamant nutzbar machen und die entsprechenden Quantensensoren spüren Alzheimer, Epilepsie und Parkinson auf. Viel genauer, einfacher und kostengünstiger.

Konkret geht es bei solchen Erkrankungen darum, die betroffenen Gehirnareale so exakt wie möglich zu lokalisieren. Das gelingt bisher nur mit supraleitenden Magnetfeldsensoren, die mit flüssigem Helium auf -269 °C heruntergekühlt werden müssen. Die entsprechenden Systeme sind aufwändig in jeder Hinsicht – groß und beengend für die Patienten, extrem teuer und daher selten in den Krankenhäusern.

Die künftigen Quantensensoren dagegen funktionieren auch bei Raumtemperatur, sie kommen ohne Kühlung aus, und damit lassen sie sich etwa in einem leichten Helm unterbringen. Noch ist ihr Aufbau in den Labors von Bosch größer als ein Laptop, daraus wird eine Leiterplatte werden – und im Zuge der Miniaturisierung vielleicht ein Chip, nicht teurer als wenige Euro.

Bosch-Forscherin Dr. Janina Riedrich-Möller experimentiert mit dem Demonstrator eines Quanten-Gyroskops, das zur hochgenauen Messung von Drehraten verwendet wird.
Bosch-Forscherin Dr. Janina Riedrich-Möller experimentiert mit dem Demonstrator eines Quanten-Gyroskops, das zur hochgenauen Messung von Drehraten verwendet wird.
(Bild: Bosch)

Mit der Quantentechnik lassen sich beispielsweise auch Drehraten-Sensoren nach dem Prinzip der atomaren Kernspinresonanz bauen. Sie sollen um den Faktor 100 genauer sein als mikromechanische Sensoren. Damit wird das hochautomatisierte Fahren sicherer.

Politik hat Potenzial der Quantentechnologie erkannt

Die Bundesregierung hat für die Quantentechnologie zwei Milliarden Euro in ihrem Konjunkturpaket reserviert. „Es muss zu denken geben, dass China in den nächsten Jahren rund zehn Milliarden Euro in die Förderung der Quantentechnologie ausgeben will“, sagt Denner. „Es darf nicht sein, dass wir in Europa die teure Grundlagenforschung betreiben und die Ergebnisse daraus weltweit in erfolgreiche Produkte transformiert werden“.

Doch was kann Europa tun? „Es kommt auf Kooperationen an. Beginnend mit der Vernetzung zwischen den Forschungszentren der Mitgliedsländer. Deutschland sollte auch auf die Zusammenarbeit mit kleineren Ländern wie Österreich und den Niederlanden und der Schweiz setzen.“ Wichtig ist, dass sich Wissenschaft und Wirtschaft früher als bisher vernetzen müssen.

„Auch wir aus der Industrie sind gefragt und müssen untereinander kooperieren“. Anfang Februar dieses Jahres wurde ein europäisches Quantenindustrie-Konsortium gegründet.

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