Ultrareine Wellen für Schlüsseltechnologien

Im Projekt „ULTRAPURE“ entwickelt die Technische Universität Braunschweig zusammen mit den Universitäten Twente in den Niederlanden und Rennes in Frankreich, sowie CSEM in der Schweiz und Thales aus Frankreich Chips, die ultrareine Wellen erzeugen können. Das Ziel ist dabei, neue Anwendungen von der Terahertz-Kommunikation (u.a. für den 6G-Kommunikationsstandard), über Radar und tragbare Atomuhren bis hin zu Quantencomputern zu realisieren. Die TU Braunschweig koordiniert das Projekt, das als eines von insgesamt 42 eine Förderung durch den European Innovation Council (EIC), dem Forschungs- und Innovationsrat der Europäischen Union, im Förderprogramm „Pathfinder Open“ erhalten hat.

Für ULTRAPURE werden Wissenschaftler*innen die Erzeugung ultrareiner Wellen im akustischen, Radiofrequenz-, Mikrowellen-, Terahertz- (THz) und optischen Bereich untersuchen. „Ultrarein“ bedeutet hierbei, dass die Wellen so gut wie kein Rauschen aufweisen. „

Rauschen ist die ultimative Begrenzung für jede Messung, Kommunikation oder anderweitige Verarbeitung von Signalen. Für die Quantenkryptographie, zum Beispiel, begrenzt das Rauschen die maximal mögliche Strecke, über die verschlüsselte Signale übertragen werden können, was normalerweise nur etwas über 100 Kilometer sind“, sagt Professor Thomas Schneider, der das Projekt von der TU-Braunschweig aus leitet.

Herkömmliche Oszillatoren und Laser zur Erzeugung von Radio-, THz- und optischen Wellen weisen winzige zufällige Instabilitäten auf, die als Rauschen bezeichnet werden. Der in ULTRAPURE entwickelte Oszillator und Laser reduziert dieses Rauschen drastisch, indem er die Wechselwirkung zwischen Licht- und Schallwellen innerhalb eines photonischen Chips nutzt. Dies soll zu einem außergewöhnlich stabilen und präzisen Oszillator führen. Für die Licht-Schallwechselwirkung wird in ULTRAPURE eine neue integrierte Plattform (Dünnschicht-Lithiumtantalat) untersucht, die zusätzlich auch die Integration von Modulatoren, Detektoren und anderen Komponenten auf demselben Chip ermöglicht, sodass ultrakompakte und ultrastabile Oszillatoren mit einem geringen Energieverbrauch ermöglicht werden.

Die THz-Photonics Group der TU-Braunschweig verfügt über eine langjährige Erfahrung mit der Licht-Schallwechselwirkung und hat mehrere bahnbrechende Untersuchungen – wie die Speicherung von Licht und die Erzeugung von THz-Wellen – dazu veröffentlicht. Im Projekt ULTRAPURE wird die THz-Photonics Group THz-Kommunikationssysteme untersuchen, die auf Grund des geringen Rauschens des ULTRAPURE-Oszillators sehr viel höhere Datenraten ermöglichen. Dies kann neben der 6G-Kommunikation etwa auch für die Verbindungen von Computern in Datenzentren genutzt werden. Auf Grund des KI-Booms steigen die Datenraten in diesen Datenzentren derzeit drastisch an. Gleichzeitig überragen diese flächenmäßig ganze Fußballstadien und ihr Energieverbrauch soll sich nach einer Analyse von Nature bis 2030 verdoppeln.

Neben der Kommunikation könnten die von ULTRAPURE erwarteten Durchbrüche neue Fortschritte in den Bereichen Quantensensorik, Quantencomputer sowie satellitenfreie Navigations- und Zeitmesssysteme ermöglichen. Damit trägt das Projekt zur technologischen Souveränität Europas bei und bietet weitreichende Vorteile für Wirtschaft, Gesellschaft und Nachhaltigkeit.

Projektdaten:

Das Projekt ULTRAPURE („Integrated sources for ultrapure oscillations from acoustical to lightwaves“) umfasst ein Fördervolumen von insgesamt drei Millionen Euro (ca. 566.000 Euro für die TU Braunschweig) und ist eines von insgesamt 42 geförderten Projekten des EIC Pathfinder Open Call 2025 des European Innovation Council. Ausgewählt werden besonders visionäre, risikoreiche Projekte in einem sehr frühen Forschungsstadium, um bahnbrechende Technologien mit disruptivem Marktpotenzial zu entwickeln, die neue Märkte schaffen können. ULTRAPURE erhielt von der Europäischen Kommission eine perfekte Bewertung, was angesichts der Erfolgsquote von zwei Prozent bei EIC-Pathfinder-Anträgen eine außergewöhnliche Leistung ist. Das Projekt startet im Februar 2026 und hat eine Laufzeit von drei Jahren. ULTRAPURE basiert auf einem Zusammenschluss von internationalen Expert*innen aus Wissenschaft und Industrie aus Frankreich, der Schweiz, der Niederlande und Deutschland.