QuaSeRT

Optomechanische Quantensensoren bei Raumtemperatur

Teilvorhaben: Nanomechanische Plattform für kohärente Messprotokolle (NanoKoM)

Quantenbasierte Sensoren bei Raumtemperatur

Optomechanische Bauteile sind aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit gegenüber Umgebungsfluktuationen hervorragend für Anwendungen in der Sensorik geeignet. Ein wesentlicher Meilenstein bestand im Erreichen des quantenmechanischen Regimes. Quantenlimitierte Sensoren versprechen eine gewaltige Steigerung der Sensitivität, welche nur noch durch fundamentale physikalische Phänomene wie die Heisenbergsche Unschärferelation begrenzt ist. Allerdings sind heutige quanten-optomechanische Bauteile auf den Betrieb nahe des absoluten Nullpunkts angewiesen und somit bislang nur eingeschränkt für sensorische Anwendungen nutzbar.

Daher arbeitet das europäische Forschungskonsortium QuaSeRT an der Entwicklung optomechanischer Quantensensoren, welche auch bei Raumtemperatur funktionieren.

Nanomechanische Systeme als Testplattform für Messprotokolle

Ziel des Teilvorhabens ist es, mit Hilfe eines rein klassisch funktionierenden physikalischen Systems gewisse Messprotokolle der zu entwickelnden Quantensensoren zu untersuchen. Hierfür macht man sich die Analogie zwischen klassischer und quantenmechanischer Interferenz zu Nutze. Dazu wird unter anderem eine winzige, freitragend aufgehängte Nanosaite mit etwa den Dimensionen eines Tausendstels eines menschlichen Haars verwendet.

Durch elektrische Felder kann sie wie eine Gitarrensaite zum Schwingen gebracht werden, wobei eine starke Kopplung zwischen den beiden Schwingungsmoden besteht, die parallel und senkrecht zur Probenoberfläche vibrieren. Einmal angeregt, schwingt sie Saite mehrere hunderttausend Mal, bevor die Schwingung wieder abgeklungen ist. Die Schwingungen sind dabei kohärent, und eignen sich zur Untersuchung von Interferenzphänomenen und anderen kohärenten Zustandsmanipulationen, die später auch in quantenmechanischen Messprotokollen Anwendung finden sollen.