Neubau an der Uni Stuttgart Quantenphysiker bekommen Zuschlag

Von Martin Schäfer 

Der Stuttgarter Physiker Jörg Wrachtrup und seine Kollegen erhalten 40 Millionen Euro für einen Neubau auf dem Uni-Campus in Stuttgart-Vaihingen. Dort wollen sie aus ihrer Grundlagenforschung heraus nützliche Produkte entwickeln – etwa winzige, präzise Sensoren.

Der Physiker Jörg Wrachtrup von der Uni Stuttgart leuchtet bei der Leser-Uni der Stuttgarter Zeitung mit einem Laserpointer auf einen winzigen Diamanten. Foto: factum/Weise
Der Physiker Jörg Wrachtrup von der Uni Stuttgart leuchtet bei der Leser-Uni der Stuttgarter Zeitung mit einem Laserpointer auf einen winzigen Diamanten.Foto: factum/Weise

Stuttgart - Jörg Wrachtrup hat seinen Forschungsgegenstand immer in Reichweite: einen kleinen Diamantbrösel. Wenn der Physiker der Universität Stuttgart mit einem Laserpointer draufleuchtet, schimmert der Brösel rot auf. Schon ist man in den Welt der Quanten, also bei physikalischen Phänomenen, die auf atomarer Skala herrschen. Im Diamanten fehlt an einer Gitterstelle ein Kohlenstoffatom. Ein Elektron hat sich dort eingenistet und leuchtet rot, wenn Wrachtrup es mit dem Laser dazu ermuntert. Mehr noch: das Elektron arbeitet wie ein kleiner Kompass und reagiert empfindlich auf Magnetfelder. „Das könnte zu grundlegend neuen Bauteilen führen“, sagt Wrachtrup. Um die Grundlagenforschung in die Anwendung zu bringen, hat sich Wrachtrup mit Kollegen aus Physik, Elektrotechnik und Maschinenbaus zusammengetan.

Ein neues Zentrum für angewandte Quantentechnologien (ZAQuant) soll die Kompetenzen auf dem Vaihinger Campus der Universität Stuttgart bündeln. Der Wissenschaftsrat, ein Beratergremium der Politik, hat dazu am Freitag sein Plazet gegeben. Je zur Hälfte finanzieren Bundes- und Landesregierung den rund 40 Millionen Euro teuren Forschungsbau. 70 Mitarbeiter, entsandt aus rund einem Dutzend Instituten, sollen dort an Zukunftstechnologien arbeiten. „Die Chancen sind einmalig“, sagt der Physiker Harald Giessen. Diese Kombination aus Grundlagenforschung in der Physik, elektrotechnischem Knowhow sowie Wissen um Materialien, Bauteile und Verbindungstechnik gebe es nur in Stuttgart. Mit dem neuen Zentrum habe Stuttgart seinen Standortvorteil genutzt, um auch in Zukunft in den Quantentechniken eine führende Rolle zu spielen.

Ganz vorn in der Quantenforschung spielen die USA, Großbritannien, Deutschland und Österreich mit, wobei in den angelsächsischen Ländern die Industrieforschung, etwa von Google, eine größere Rolle einnimmt. Die Universität Stuttgart kann durch die Investition ins ZAQuant Spitzenforscher in Stuttgart halten.

Die Präzisionslabors liegen teils unter der Erde

Bisher klafft zwischen der Grundlagenforschung in der Quantenphysik und der Anwendung ihrer Ergebnisse noch eine große Lücke. Das liegt in der Natur der Sache: Um auf atomarer Ebene physikalische Effekte zu nutzen, braucht es meist tiefe Temperaturen, ein gutes Vakuum und eine störungsfreie Umgebung. Zudem spielen die Effekte zwar auf winzigem Raum, benötigen bisher aber noch ein ganzes Labor und emsige Wissenschaftler, um etwa den Diamanten zu präparieren und das Elektron als Magnetfeldsensor zu manipulieren. Das Bauteil müsse nun stärker in den Blick der Grundlagenforscher rücken, sagt Giessen. Die Maschinenbauer und Elektrotechniker müssen sich wiederum an die bizarre Quantenwelt gewöhnen, in der Teilchen an zwei Orten gleichzeitig sein können und Wahrscheinlichkeiten anstelle präziser Messwerte vorherrschen.

Laut Projektbeschreibung sehen die Forscher die Anwendung der Quantentechnologien etwa bei dem automatischen Fahren, bei der Medizintechnik in Früherkennung und Diagnostik, bei der Umwelttechnik und bei modernen Kommunikationsnetzen. Die Diamantsensoren von Jörg Wrachtrup ließen sich beispielsweise einsetzen, um genaue Sensoren für die Beschleunigung und Drehung zu bauen, etwa für die Lagebestimmung und Navigation von Autos. Das Elektron funktioniert dann wie ein Kreiselkompass. „Dazu muss man die Drehachse hochgenau messen. Und das können wir“, sagt Wrachtrup.

Um die Effekte zu untersuchen, verfügt das neue Forschungsgebäude über Präzisionslabors, die teils unter der Erde gelegen speziell gegen Vibration und elektrische wie magnetische Felder abgeschirmt sind. Weitere Labors für materialwissenschaftliche und Untersuchungen grenzen an und werden durch einen dreistöckigen Bürotrakt abgeschlossen. Ein Architektenwettbewerb soll dem Grobkonzept demnächst eine endgültige Form geben. Gebaut werden soll von 2016 bis 2020.