ISABELLA

Motivation

Quantentechnologien der zweiten Generation auf Basis ultrakalter Atome – mit Temperaturen nahe des absoluten Nullpunkts – haben das Potential, Anwendungsfelder wie die Navigation, die hochpräzise Synchronisation von Netzwerken oder die Erstellung der internationalen Zeitskala zu revolutionieren. Ein herausragendes Beispiel ist die relativistische Geodäsie mit optischen Uhren: Bei diesen Atomuhren der neuesten Generation wird eine Genauigkeit erreicht, die wesentlich höher als bei aktuellen Cäsium-Uhren ist. Damit wird die Vermessung kleinster Unterschiede im Schwerefeld der Erde ermöglicht. Mit transportablen, langzeitstabilen Aufbauten könnten u.a. wichtige Erkenntnisse zu Änderungen der Meeresspiegel oder von Süßwasservorkommen gewonnen werden. Stand der Technik sind komplexe, individuelle Laboraufbauten sowie erste transportable, aber empfindliche Systeme. Diese und die zugehörigen Schlüsseltechnologien sind sehr teuer, nicht standardisiert, störanfällig und erfordern einen hohen Justieraufwand. Notwendig ist eine Entwicklung weg von Laboraufbauten zu industriegefertigten und praxistauglichen Technologien.

Ziele und Vorgehen

Ziel des Projekts ist die Demonstration wesentlicher Schlüsseltechnologien für die Präparation und Manipulation ultrakalter Atome:

1. Hochintegrierte, robuste Lasersysteme mit schmaler Linienbreite.
2. Kompakte Standardlösung zur gleichzeitigen Frequenzstabilisierung mehrerer Laser mit schneller und weiter Abstimmbarkeit sowie hoher Langzeitstabillität.

Es werden skalierbare Aufbau- und Verbindungstechnologien erforscht, die eine kostengünstige Fertigung der später geplanten Produkte ermöglichen sollen.

Innovation und Perspektiven

Die Projektinnovationen sollen sich neben Kompaktheit, Transportabilität, Kostenreduktion und einer einfachen lnbetriebnahme durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnen: Die spezifisch adressierten transportablen optischen Uhren im 10^-18 Präzisionsbereich müssen diese Genauigkeit verlässlich über Monate erreichen. Die damit erreichbare Auflösung des Erd-gravitationsfeldes von einem Zentimeter äquivalenter Höhe entspricht den Zielen der zukünftigen relativistischen Geodäsie. Weitere Anwendungs- und Kommerzialisierungspotentiale ergeben sich beim Quanten-Computing mit kalten Atomen und lonen, bei Quantengravimetern- und Gyroskopen, sowie in der Spektroskopie.