Neue Projekte im Januar

Wissenschaftliche Vorprojekte

Zur Bewertung von Ergebnissen der Grundlagenforschung hinsichtlich ihres Marktpotenzials sind wissenschaftlich-technische Vorarbeiten notwendig. Mit der Maßnahme „Wissenschaftliche Vorprojekte (WiVoPro): Photonik und Quantentechnologien“ fördert das BMFTR Vorprojekte mit dem Ziel, wissenschaftliche Fragestellungen im Hinblick auf zukünftige industrielle Anwendungen in der Photonik und Quantentechnologie zu untersuchen. Sie sollen die bestehende Forschungsförderung ergänzen und eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und industriegeführter Verbundförderung schlagen. 

Um hochaufgelöste Frequenzanalysen zu ermöglichen, erforscht EUSTA ein praktikables Frequenzmessgerät mit großer Bandbreite bis etwa 2 THz bei gleichzeitig hochpräziser Frequenzauflösung. Um die Messfähigkeit in diesem Bereich zu erschließen, wird ein breitbandiges Hybridkonzept aus photonischer Terahertz-Erzeugung und hochstabiler elektronischer Referenzierung verfolgt. Durch die messtechnische Abdeckung des Terahertz-Bereichs werden neue Anwendungsfelder ermöglicht.

ParallelQT demonstriert im Labor den 2D-parallelisierten Transport von atomaren Qubits, basierend auf der innovativen technologischen Basis von mikrooptischen und mikroelektromechanischen Systemen. So soll eine defektfreie Anordnung hunderter atomarer Qubits in programmierbaren Speicherregistern mit tausenden optischer Atomfallen („Optical Tweezers“) verwirklicht und die Beschränkung atomarer QPU-Systemgrößen überwunden werden.

STELLAR entwickelt einen kontinuierlichen Superradianz-Laser mit einem thermischen Strontium-Atomstrahl, um frequenzstabiles Licht mit geringster Linienbreite in einer zukünftig vereinfachten Systemarchitektur zu erzeugen. Dazu werden eine leistungsfähige Atomquelle, ein präzise abstimmbarer Resonator und ein robustes Vakuumsystem kombiniert und in einem Demonstrator integriert. Die Technologie soll die Möglichkeiten eröffnen, hochpräzise Frequenzstandards praxisnah und skalierbar umzusetzen.

DESLaser entwickelt einen diodengepumpten Laser, dessen aktives Medium auf einer neuartigen Flüssigkeit basiert, in der laseraktive Ionen gelöst werden. Das Medium hat die Vorteile, dass es sich nahezu beliebig skalieren lässt, seine chemischen Komponenten kostengünstig sind und keine spezialisierte Infrastruktur zur Herstellung erfordern. Der Laser eignet sich für Anwendungen, in denen eine hohe Leistung benötigt wird.

Das Hauptproblem von Silizium-Quantenchips besteht darin, dass es in Si/SiGe lokal zu einer energetischen Annäherung der niedrigsten Quantenzustände im Quantenpunkt kommen kann, was die Qubit-Operationen beeinträchtigt. In STRESSQC soll durch Integration von lokalen Silizium-Nitrid Stressoren die Energieaufspaltung des Grundzustands auf mindestens 50 μeV erhöht werden. Der angestrebte Prozess soll in die industrielle 200-mm-Fertigung integrierbar sein und den Weg zu skalierbaren, fehlertoleranten Silizium-Quantenchips ebnen.

OZi-Spec entwickelt ein Konzept, um in der Infrarot-Spektroskopie kleinste relevante Konzentrationen von Spurenelementen in komplexen molekularen Proben nachzuweisen. Es soll ein interferometrisch überwachter „optischer Reißverschluss“ zur kostengünstigen und ultraschnellen Aufnahme von Infrarot-Fingerabdrücken implementiert werden. Damit rückt ein schnell scannendes feldauflösendes Infrarot-Spektrometer für zahlreiche neue klinische und industrielle Anwendungen in greifbare Nähe. 

Um große Datenmengen mit hohen Übertragungsraten und minimaler Latenz verarbeiten zu können bieten plasmonische Strukturen in elektro-optischen Modulatoren ein vielversprechendes Konzept. Zur effektiven Nutzung bedarf es stabiler hoch nichtlinearer elektrooptischer Materialien, die hohen Temperaturen standhalten. ElOpGla baut Phasenschieber mit und ohne plasmonischem Design auf, um die Eignung von Glaskeramiken zur elektrooptischen Lichtmodulation anhand von Phasenschiebung sowie die Leistungsfähigkeit und Anwendbarkeit der neuen Materialien zu demonstrieren.

Digitalisierte und automatisierte Produktion

Mit der Fördermaßnahme „Photonik für die digitalisierte und automatisierte Produktion“ unterstützt das BMFTR vorwettbewerbliche Forschungs- und Entwicklungsvorhaben, die dazu beitragen photonische Verfahren für die Digitalisierung und Automatisierung von Produktionsprozessen nutzbar zu machen. Dies kann entweder durch anwendungsnahe Projekte zum Einsatz photonischer Verfahren oder durch die Erforschung neuer photonischer oder quantentechnologiebasierter Sensorprinzipien erfolgen. Im Rahmen dieser Maßnahme starten sechs neue Projekte:

OPTIGENS entwickelt einen Streulichtsensor und ein KI-gestützten Verfahren zur Rauigkeitsmessung für den inline-Einsatz in der Fertigung. Mit dem innovativen Streulichtmesssystem können die Oberflächenkennwerte berührungslos während der Fertigung erfasst und so die Prozesssteuerung noch während der Bearbeitung angepasst werden.

CROWN entwickelt ein Bearbeitungsverfahren, das alle Prozessschritte zur Fertigung hochwertiger Keramikkronen aus endverfestigter Keramik automatisch auf einer Anlage umsetzt. Dabei wird der Wasserstrahlfräsprozess mit verschränkten und nicht verschränkten Photonen im Nahinfrarot geregelt und überwacht. Durch das Verfahren können die Kosten für eine hochwertige Keramikkrone enorm reduziert werden, was eine flächendeckende Versorgung der europäischen Bevölkerung mit hochwertigem Zahnersatz sicherstellt.

EDISON entwickelt ein kontextabhängig, intelligentes, menschzentriert, robotisches Assistenzsystem, das speziell auf die Automatisierung von Kleinserienfertigungen ausgerichtet ist. Durch innovative photonische Komponenten und Steuerungen in Kombination mit robotischen Aktoren entstehen kooperationsfähige Automatisierungslösungen für die Produktion. Sie sollen intuitiv komplexere Handlungsanweisungen umsetzen und so dynamische Produktionsprozesse zugänglicher und gleichzeitig produktiver gestalten. 

Um die cw-Laserstrukturierung in-situ mess- und regelbar zu gestalten, entwickelt PHOENIX durch die Fusion photonischer und akustischer Sensoren einen sich selbst adaptierenden und regelnden Prozess.Durch cw-Spektroskopie werden die Parameter automatisch angepasst, ein multimodales Sensorsystem überwacht den Strukturierungsprozess in Echtzeit und ein digitales Expertensystem unterstützt kontextbasiert die Bedienung. Dies ermöglicht eine vollständig automatisierte cw-Laserstrukturierung ohne vorausgesetztes Expertenwissen.

InSensoPro entwickelt eine neue automatisierte Fertigungsstrategie für Hochleistungsoptiken. Der integrierte Ansatz nutzt eine Inline-Ermittlung globaler und lokaler Oberflächendaten mit hoher Auflösung zur Unterdrückung von Störgrößen im Fertigungsprozess sowie eine In-situ Korrektur von Fehlern in der Fertigung. Die Entwicklung maßgeschneiderter, automatisierter Prozesse ermöglicht die angestrebte Effizienzsteigerung in der Optikfertigung.

SYNPHONI entwickelt eine intelligente Kameralösung, die anspruchsvolle Objektlageerkennungsaufgaben für die automatische Bauteilhandhabung kostengünstig, robust und mit hoher Taktrate bewältigen kann. Eine KI-Lösung wird im Zusammenspiel mit verschiedenen Sensoreinheiten implementiert, bewertet und in kompakten, kostengünstigen KI-Kamerasystemen eingesetzt, um innovative Automatisierungslösungen zu realisieren.

Enabling Technologies 2024

Mit der Maßnahme „Enabling Technologies für resiliente F&E-Lieferketten in den Quantentechnologien“ unterstützt das BMFTR vorwettbewerbliche Forschungs- und Entwicklungs-Verbundprojekte, die sich mit der Neu- oder Weiterentwicklung der notwendigen Enabling Technologies für Quantencomputer und Quantensensorik befassen. 

Im Januar startet hier ein neues Projekt. ISMA entwickelt ein integriertes, miniaturisiertes Spektroskopiemodul für optische Atomuhren. Wesentliche Teilkomponenten für die Uhren sind bereits kommerziell verfügbar. Mit dem Modul wird die fehlende Schlüsselkomponente für die neueste Generation kommerziell nutzbarer optischer Atomuhren entwickelt.

Quantum Futur III

Das BMFTR unterstützt mit der dritten Runde der Maßnahme “Nachwuchswettbewerb Quantum Futur” exzellente Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler beim Aufbau einer eigenen und unabhängigen Nachwuchsgruppe, die sich mit neuen interdisziplinären Forschungsansätzen in den Quantentechnologien zweiter Generation auseinandersetzt. Dabei sollen sie das wissenschaftliche Profil der beantragenden Institution im Hinblick auf die „Quantentechnologien“ abrunden beziehungsweise bestehende Schwerpunkte exzellent ergänzen.

Ferro35, das in diesem Rahmen startet, entwickelt und demonstriert einen schnellen, verlustarmen Phasenmodulator aus Bariumtitanat (BTO) der in photonische Schaltkreise aus III-V-Halbleitern eingebettet ist. Durch die Kombination der exzellenten Modulationseigenschaften von BTO mit III-V-Halbleitern entstehen skalierbare Quantentechnologien, die industriell nutzbar sind.

Anwendungsorientierte Quanteninformatik 

Das Quantencomputing hat das Potenzial, Berechnungen und Simulationen auszuführen, die von klassischen Rechnern aufgrund von Skalierungseffekten auch in Zukunft nicht gelöst werden können. Kurz- und mittelfristig verfügbare „noisy intermediate-scale quantum computer“ (NISQ) müssen allerdings erst zeigen, bei welchen praxisrelevanten Problemen („Use Cases“) sie einen Vorteil liefern können. Daher unterstützt das BMFTR mit der Maßnahme „Anwendungsorientierte Quanteninformatik“ Projekte, die den Nachweis praktischer Anwendervorteile durch die Nutzung eines Quantencomputers erbringen oder zumindest die Grundlagen hierfür erschließen und die benötigten Ressourcen abschätzen. 

Im Rahmen der Maßnahme startet QIAPO. Das Projekt entwickelt Algorithmen zur Berechnung von Lösungen für Optimierungsprobleme in Industrie und Wirtschaft. Diese werden auf Quantencomputern implementiert, die als Co-Prozessoren fungieren und dazu dienen sollen, die Probleme für klassische Solver zu vereinfachen. Ziel ist, innovative Technologien zur Preisgestaltung und Produktionsplanung direkt in interne Prozesse integrieren zu können.

Alle weiteren gefördeten Projekte finden Sie in unserem Projektatlas.