Neue Bauanleitungen für ein Kilogramm?
Die Forschung von QuantumFrontiers konzentriert sich auf die Grundpfeiler der Metrologie: Grundlagen und Anwendungen. Bei den Grundlagen der Metrologie stehen die fundamentalen Eigenschaften von Licht, Materie und ihren Wechselwirkungen im Mittelpunkt. Die Wissenschaftler*innen von QuantumFrontiers schaffen so die theoretischen, konzeptionellen und ingenieurswissenschaftlichen Grundlagen für Anwendungen in der Metrologie und der Grundlagenphysik. Diese Anwendungen stehen im Mittelpunkt des zweiten Forschungsbereichs: Vom Messen mit nanoskaligen Molekülen bis zur Entwicklung von wahrlich makroskopischen Gravitationswellendetektoren.
Grundlagen der Metrologie
Exploring Light
Im Bereich „Exploring Light“ modellieren, entwickeln und realisieren Forschende Lichtquellen mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Die Wissenschaftler*innen von QuantumFrontiers untersuchen eine Reihe von Systemen, von Einzelelektronen- und Einzelphotonenquellen, Quantenpunkten, nanostrukturierten Spiegelbeschichtungen, Nanophotonik bis hin zu Spin-Squeezing-Resonatoren. Diese Systeme ebnen den Weg für eine verbesserte Gravitationswellendetektion, die Manipulation von Licht im Subwellenlängenbereich, Präzisionsspektroskopie und Metrologie mit einzelnen Quanten.
Exploring Matter
Im Bereich „Exploring Matter“ konstruieren Forschende Quantenzustände mit neuartigen funktionalen Eigenschaften. Die Wissenschaftler*innen von QuantumFrontiers nutzen kalte Atomgassysteme sowie photonische und Festkörper-Vielteilchensysteme und erforschen die reichhaltigen Verbindungen zwischen diesen Bereichen. Dazu gehören etwa die Eigenschaften zweidimensionaler und topologischer Materialien oder der Bereich der Nicht-Gleichgewichts-Vielteilchen-Quantensysteme. Diese vielfältigen Systeme eröffnen Möglichkeiten für die Bottom-up-Metrologie mit einzelnen Quantensystemen und die Interferometrie mit starken nichtklassischen Korrelationen.
Anwendungen in der Metrologie
On small scales
QuantumFrontiers Wissenschaftler*innen ermöglichen neue Anwendungen in den kleinsten Dimensionen. Sie führen neue Tests unseres Verständnisses der fundamentalen Physik mit noch nie dagewesener Präzision sowie die Realisierung neuer kompakter Technologien durch. Die Forschenden testen unter anderem die Allgemeine Relativitätstheorie, die Physik jenseits des Standardmodells, Licht und Materie in der Mikrogravitation, Quantenberechnungskonzepte und Quantenoptik.
On large scales
QuantumFrontiers Wissenschaftler*innen ermöglichen neue Anwendungen in den größten Dimensionen. Sie sind weltweit führend in der Entwicklung laserinterferometrischer Auslesesysteme für terrestrische und weltraumgestützte Gravitationswellendetektoren sowie in der Satellitengravimetrie, oder genauer: optischer Uhren und optischer Uhrennetze für die Erdüberwachung sowie neuartiger Sensoren für die Navigation in dynamischen Umgebungen. Sie nutzen dieses Fachwissen, um Präzisionsmessungen durchzuführen, die es ihnen ermöglichen, neue physikalische Phänomene zu erforschen und möglicherweise zu entdecken, beispielsweise in den Bereichen Gravitationswellenastronomie und Geodäsie.
