Forschungsbereiche in QUEST-LFS

Optische Technologien haben in Hannover eine lange Tradition seit der Gründung des Laser Zentrums Hannover e.V. im Jahr 1986. In den vergangenen Jahrzehnten entstanden hier Alleinstellungsmerkmale in den Bereichen Dünnschicht-, Weltraum- und Lasertechnologien, die heute wesentliche Eckpfeiler für die QUEST-LFS darstellen.

Im Forschungsbereich „Neuartige Technologien“ werden Schlüsseltechnologien entwickelt, die die Basis für alle anderen grundlagenorientierten Forschungsbereiche der QUEST-LFS bilden. Hier werden neue optische Materialien und Dünnschicht-Verfahren für Laserkomponenten sowie Mikro- und Nanostrukturen zur Untersuchung optischer Eigenschaften erforscht. Weitere Themen sind die Herstellung und Charakterisierung integrierter optischer Faserkomponenten sowie die Erkundung neuer Hochleistungslaser für die Gravitationswellenforschung. Zudem werden ultra-schmalbandige Laser für die Präzisionsmetrologie und innovative modengekoppelte Kammgeneratoren untersucht. Auch die Weltraumtechnologien werden weiter ausgebaut. Als neuester Forschungsbereich ist die Anwendung von Quantencomputing hinzugekommen. 

Laserlicht bildet die Grundlage vieler moderner experimenteller Methoden. Es ermöglicht die gezielte Manipulation atomarer und molekularer Systeme und präzise Messungen auf der Quantenebene. Laserinterferometer werden in der Hochpräzisions-Messtechnik eingesetzt, etwa zur Erkennung von Gravitationswellen und in der Präzisionsgeodäsie.

Im Forschungsbereich „Quantum Engineering“ werden experimentelle und theoretische Methoden verschiedener Disziplinen kombiniert, um neue Kontrollmechanismen für Quantensysteme zu entwickeln. Im Fokus stehen die Kombination von Quantensystemen aus stark korrelierten Atomen und Festkörpern sowie die Interaktion von nichtklassischen Lichtfeldern mit atomaren Ensembles. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Erforschung verschränkter Quantenzustände aus Licht und massiven Testmassen. Der Masterstudiengang Quantum Engineering bringt neue Erkenntnisse der Quantentechnologien zur Anwendung. Im dichten regionalen Netzwerk öffnen sich den Studierenden alle Türen in der Quantenwelt – sei es für eine akademische Laufbahn oder eine Karriere in der Industrie.

Der Forschungsbereich „Quantensensorik“ vereint zwei hochaktuelle Forschungsrichtungen: Quanten-Engineering und die Raum-Zeit Forschung. In der experimentellen Quantenmetrologie drehen sich die Forschungsaktivitäten um fundamentale Fragen: Sind die Naturkonstanten tatsächlich konstant? Wie verlässlich sind die Vorhersagen physikalischer Theorien?

Forschende im Bereich Gravitationswellendetektion bereiten den Start der LISA-Mission vor. Weitere Forschungsrichtungen umfassen die Untersuchung innovativer optischer Auslesetechniken und Detektortopologien für Interferometer. Es werden Hochleistungslaser-Studien durchgeführt und alternative optische Materialien sowie dielektrische optische Beschichtungen erforscht. Ein weiterer Fokus liegt auf der Entwicklung und Optimierung von gequetschtem Licht. Zudem werden die Anforderungen an die Computerinfrastruktur für die Datenanalyse intensiv untersucht.

Die Raum-Zeit-Forschung in QUEST umfasst ein breites Spektrum, von grundlegenden Theorien zur Entstehung der Raumzeit aus mikroskopischen Bausteinen bis hin zur Entwicklung geodätischer Technologien für ein besseres Verständnis des Systems Erde und seiner komplexen Prozesse.

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie wird durch Daten der Lasermessungen zum Mond überprüft. Modernste Interferometer und Uhren, entwickelt für die Gravitationswellenastronomie, sollen auf Satelliten zukünftiger Geodäsie-Missionen mitfliegen. Zukünftige Gravitationsfeld-Missionen sollen das Äquivalenzprinzip testen und zur Verbesserung der satellitengestützten globalen Navigationssysteme beitragen.