EXC 2123:  QuantumFrontiers: Die Grenzen des Messbaren verschieben

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Astrophysik und Astronomie ; Elektrotechnik und Informationstechnik ; Geophysik und Geodäsie ; Physik der kondensierten Materie ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Teilchen, Kerne und Felder
• Förderung: Förderung seit 2019
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390837967

„Messen heißt wissen“ – das ist das Wesen der Naturwissenschaften. Messen an der Quantengrenze ist das Wesen der Quantenmetrologie. Das zentrale Ziel unseres Clusters ist es, Messungen mit bisher unerreichter Präzision durchzuführen, um unsere Erkenntnishorizonte in der Grundlagenphysik und Geodäsie zu erweitern und neue, bahnbrechende Quantentechnologie-Anwendungen zu erschließen. Seit der Gründung von QuantumFrontiers haben wir herausragende Ergebnisse erzielt, uns eine führende Rolle in internationalen Kooperationen gesichert und hochmoderne Infrastruktur aufgebaut. Basierend auf diesen Errungenschaften ist QuantumFrontiers ideal positioniert, um in einer zweiten siebenjährigen Phase weitere Durchbrüche von internationaler Bedeutung in der Quantenmetrologie zu erzielen. Dazu eistet QuantumFrontiers Pionierarbeit in der Entwicklung von Konzepten zur Kontrolle von Licht und Materie an der Quantengrenze, die sich spezielle Quanteneigenschaften wie Quantenstatistik, Superposition, Interferenz und Verschränkung gezielt für die Metrologie nutzbar machen. Dies erfordert nicht nur die Manipulation einzelner Quanten, sondern auch die Beherrschung komplexer und verschränkter Vielteilchensysteme. Die Skalierung von Quantensystemen mit Methoden der Nanotechnologie ermöglicht präzisere und robustere Quantensensoren sowie praktische Anwendungen – auch im Weltraum. Die notwendige Miniaturisierung erreichen wir durch den Einsatz von Halbleitertechnologien und die Integration von elektronischen, photonischen und Quantenkomponenten. In QuantumFrontiers werden Atominterferometer, optische Uhren und Gravitationswellendetektoren der nächsten Generation entwickelt. Diese Systeme treiben die Suche nach unbekannten Kräften, dunkler Energie und dunkler Materie sowie zur korrekten Beschreibung von Quantenobjekten in Gravitation voran. Bisher nicht nachweisbare astrophysikalische Ereignisse aus der Frühzeit des Universums werden detektierbar. Höchstpräzise Erdbeobachtung erlaubt z.B. Rückschlüsse auf Veränderungen des Wasserkreislaufs und andere umwelt- und klimarelevanten Prozesse. Robuste, effiziente und hochverfügbare Sensoren ermöglichen Messungen von Schadstoffen in Luft oder auch integrierte Mikroskopie in den Biowissenschaften. Durch die Erforschung gesellschaftlicher und didaktischer Aspekte der Quantentechnologie fördert QuantumFrontiers einen lebendigen Wissensaustausch zwischen den Disziplinen sowie zwischen etablierten und jungen Forschenden, den Schulen und der Öffentlichkeit. QuantumFrontiers vereint herausragende Forschende aus der Physik, den Ingenieurwissenschaften, der Informatik sowie den Sozial- und Bildungswissenschaften und bildet so ein einzigartiges interdisziplinäres Netzwerk, das Innovationen vorantreibt und die Region Hannover-Braunschweig als ein dynamisches, international führendes Quantenzentrum stärkt.

• DFG-Verfahren: Exzellenzcluster (ExStra)
• Antragstellende Institution: Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
• Mitantragstellende Institution: Technische Universität Braunschweig
• Beteiligte Institution: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR); Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH); Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik; (Albert-Einstein-Institut); Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB); Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation der Universität Bremen (ZARM)
• Sprecherinnen / Sprecher: Professorin Dr. Silke Ospelkaus; Professor Dr. Piet Oliver Schmidt; Professor Dr. Andreas Waag
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Fei Ding; Professorin Dr. Elina Fuchs; Privatdozentin Dr. Eva Hackmann; Professor Dr. Klemens Hammerer; Professorin Dr. Michèle Heurs; Professor Dr. Carsten Klempt; Professorin Dr. Stefanie Kroker; Privatdozent Dr. Christian Lisdat; Professorin Dr. Tanja E. Mehlstäubler; Professor Dr. Guido Mueller; Professor Dr.-Ing. Jürgen Müller; Professor Dr. Rainer Müller; Professor Dr. Christian Ospelkaus; Professor Dr. J. Daniel Prades; Professor Dr. Ernst Maria Rasel; Professor Dr. Robert Raussendorf; Professor Dr. Patrik Recher; Professor Dr. Luis Santos; Professor Dr. Meinhard Schilling; Privatdozent Dr. Hans-Werner Schumacher; Professor Dr. Andrey Surzhykov; Professor Dr. Benno Willke