Bosch investiert in Quantensensoren: Das könnte die Neurodiagnostik revolutionieren

Auf der Bosch-Veranstaltung „Connected World“ im November 2022 kündigte der Konzern einen offensiven digitalen Transformationsprozess an: Das deutsche Unternehmen gab bekannt, dass es bis 2025 insgesamt 10 Milliarden Euro in mehr Digitalisierung und Konnektivität investieren will. Zwei Drittel dieses Betrags sollen in die Entwicklung und den Ausbau neuer Technologien mit den Schwerpunkten Nachhaltigkeit, Mobilität und Industrie 4.0 fließen. Eine dieser zukunftsweisenden Initiativen hat mit Quantensensoren zu tun.

Bosch investiert in eine Partnerschaft mit IBM im Bereich des Quantencomputings, die darauf abzielt, mit Hilfe von Materialsimulationen innerhalb der nächsten zehn Jahre kohlenstoffneutrale Ersatzstoffe für Edelmetalle zu finden. Ein weiteres Projekt: Unterstützung für ein neu gegründetes Start-up, das die Kommerzialisierung von Quantensensoren beschleunigen soll. Das Unternehmen forscht bereits seit sieben Jahren auf diesem Gebiet und nimmt international eine führende Rolle ein.

Ähnlich wie Quantencomputer haben Quantensensoren ein immenses Potenzial, um im Vergleich zu herkömmlichen MEMS-Sensoren (mikroelektromechanische Sensoren) eine noch nie dagewesene Präzision zu bieten. Mit ihnen lässt sich – so Bosch – in absehbarer Zeit eine tausendfach höhere Messgenauigkeit erreichen. In der Medizin können sie zum Beispiel helfen, neurologische Erkrankungen wie Alzheimer genauer und schneller zu diagnostizieren. Zudem hat die Technologie das Potenzial, Nervenimpulse zu erfassen, um medizinische Prothesen zu bewegen.

„Mit unseren Initiativen auf dem Gebiet der Quantensensoren und IBM als Forschungspartner entwickeln wir eine Technologie, die im besten Sinne ‚fürs Leben erfunden‘ ist“, sagt Dr. Stefan Hartung, Vorsitzender der Bosch-Geschäftsführung. Nach Angaben der Boston Consulting Group (BCG) wird der Markt für Quantencomputer (einschließlich Produkten und Dienstleistungen) bis zum Jahr 2040 ein Volumen von bis zu 850 Milliarden Dollar erreichen. Auch die Prognosen für den Bereich der Quantensensorik sind vielversprechend.

Für Jens Fabrowsky, der als Executive Vice President bei Bosch Automotive Electronics für das Halbleitergeschäft verantwortlich ist, verschiebe die Quantentechnologie die Grenzen des Machbaren: sowohl bei der Datenverarbeitung als auch im Sensorbereich. „Wir möchten den praktischen Nutzen von Quanteneffekten ausbauen – von der Entwicklung kohlenstoffneutraler Motoren bis zur neurologischen Diagnostik. Dies wollen wir auch als Grundlage für zukünftige Geschäftsmodelle nutzen“, legt Fabrowsky dar.

Bosch-Forscher erklären, dass Quantensensoren einzelne Atome eines Gases oder Veränderungen in Festkörpern als atomare Messinstrumente nutzen. So ist es ihnen möglich, eine bisher unerreichte Präzision zu erzielen. Das Unternehmen hat bereits voll funktionsfähige Modelle eines Quantenmagnetometers und eines Gyrometers konstruiert. Das Quantenmagnetometer kann beispielsweise winzige Magnetfelder aufspüren, die durch physiologische Prozesse entstehen. Das Quantengyrometer hingegen erkennt Rotationen mit hoher Präzision, was in der Anwendung für die Navigation von autonomen Systemen dienlich ist. Langfristiges Ziel ist es, die Technologie weiter zu miniaturisieren und auf einem Chip zu integrieren.

Daneben ist Bosch seit 2018 an acht öffentlich geförderten, teils internationalen Quantensensorprojekten beteiligt. Mit der Unterstützung des neuen Start-ups will das Unternehmen seine Aktivitäten auf diesem Gebiet strategisch ausbauen.

Anwendung in der Neurochirurgie

Quantensensoren sollen in Zukunft auch dazu beitragen, die Zuordnung von Funktionen zu bestimmten Hirnregionen zu verbessern. Ein Konsortium der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) sind bereits auf diesem Gebiet tätig: Gemeinsam mit Partnern aus Forschung, Medizin und Industrie startete das Projekt DiaQNOS im Oktober 2022. Mit dabei: Eine Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung in Höhe von knapp 11 Millionen Euro für fünf Jahre.

Ziel des Projekts ist es, die Sensortechnik so zu verbessern, dass mit ihrer Hilfe Magnetfelder des Gehirns aufgezeichnet werden können. Innerhalb von drei Jahren soll ein für die Chirurgie geeignetes Gerät entwickelt werden, das im Anschluss zwei Jahre zur medizinischen Forschung bereitsteht. Unter anderem werden erstmals Hirngewebeproben auf ihre magnetischen Eigenschaften hin untersucht – dies birgt insbesondere im Hinblick auf neue Diagnosemöglichkeiten bei Hirntumoren große Chancen.

„Solche Quantensensoren basieren auf Stickstofflücken in Diamanten, das heißt auf nanoskaligen Magnetfeldsensoren, die im Diamanten eingeschlossen sind. Eine große Anzahl dieser Sensoren kann eine dünne Schicht aus Diamant besetzen. So lässt sich ein magnetisches Abbild des Objekts erzeugen, das der Sensor schließlich erkennt“, erklärt Dr. Arne Wickenbrock von der JGU/HIM.