In der ersten Juniwoche traf sich die europäische Quanten-Gravimetrie-Community zu einem Workshop am GFZ. Ziel war es, strategisches Feedback zu den Aktivitäten des großen EU-Projektes EQUIP-G einzuholen, das 2025 gestartet ist und dazu beitragen wird, wichtige Zukunftsaspekte der (terrestrischen) Gravimetrie mitzugestalten.
An dem Workshop nahmen mehr als 100 interessierte und relevante Personen teil, von EU-Entscheidungsträgern über europäische Unternehmen und geophysikalische Dienstleister bis hin zu verschiedenen Fachgemeinschaften (Geodäsie, Quantensensorik, Metrologie, Geowissenschaften und Verteidigung). Er bot eine Plattform für fruchtbare und intensive Diskussionen sowie den Austausch zwischen all diesen Schlüsselakteuren.
Quantengravimetrie nutzt Quantentechnologie zur hochpräzisen Schwerkraftmessung. EQUIP-G (European Quantum Infrastructure for Gravimetry) ist ein vierjähriges EU-Projekt, das auf vier thematischen Hauptsäulen basiert: (1) Beschaffung und Erprobung von Quantengravimetern, (2) Feldeinsätze, (3) Datenmanagement und (4) Aufbau einer Forschungsgemeinschaft. Langfristiges Ziel: die Einrichtung eines dauerhaften, gemeinsamen Bestands an Quantengravimetern in Europa. Es wird das terrestrische Segment des von der EU-Kommission verkündeten paneuropäischen Infrastrukturplans für Quantengravimetrie abdecken, der sich vom Boden bis in den Weltraum erstreckt.
Quantengravimetrie als Teil der EU-Quanten-Strategie
Generell sind Quantentechnologien ein erklärter Schlüsselbereich der strategischen Entwicklung Europas, was in der „Quantum Europe Strategy“ () zum Ausdruck kommt, die den Weg für das bevorstehende „EU-Quantengesetz“ ebnet, dessen Verabschiedung für 2026 vorgesehen ist. Dieses neue EU-Gesetz verfolgt drei Hauptziele: (1) Förderung von Forschung und Innovation, (2) Ausbau der industriellen Kapazitäten und (3) Stärkung der Widerstandsfähigkeit der Lieferketten und der Governance.
Neben Quantencomputing, Simulation und Kommunikation ist die Quantensensorik der am weitesten fortgeschrittene dieser Bereiche.
Schwerefeldmessung mit Quantengravimetern
Messungen der Gravitation bzw. des Schwerefeldes sind ein einzigartiges bildgebendes Instrument, das direkte Informationen über Massenänderungen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen liefern.
Die Funktionsweise basiert auf extrem kühlen, frei fallenden Atomwolken. Diese Atomwolken werden durch die Schwerkraft der Erde und andere Massen angezogen. Unter den Prinzipien der Quantentechnologie werden die Atomwolken mit Laserstrahlen so manipuliert, dass eben diese Anziehungskraft hochpräzise bestimmt werden kann.
Dabei haben Quantengravimeter aus instrumenteller Sicht sehr vorteilhafte Eigenschaften, die herkömmliche Gravimeter nicht vereinen: (1) Sie können kontinuierlich messen, (2) sie sind für Feldmessungen und unter Extrembedingungen konzipiert, (3) sie sind extrem benutzerfreundlich, so dass eine Bedienung keine Jahrzehnte-langen Erfahrungen voraussetzt, und (4) sie sind als Absolut-Gravimeter komplett frei von instrumenteller Drift.Relevanz der Quantensensorik für die Geowissenschaften
Für die Geowissenschaften ist dies insbesondere in den folgenden Bereichen interessant und relevant:
- Hydrologie (Grundwasserüberwachung, Ressourcenkartierung, Prozessverständnis)
- Vulkanologie (Magmakammerüberwachung, Verformungsverfolgung)
- Ozeanographie (Meeresbodenkartierung)
- Geothermie (Reservoirkartierung und -quantifizierung)
- Geologie (Dichtekartierung des Untergrunds, Verwerfungserkennung)
- Geodäsie (Referenzsysteme, Geoidbestimmung)
- Klimaüberwachung (Überwachung von Massenumverteilungen)
Viele dieser Bereiche sind in den acht „Anwendungsfällen“ enthalten, die im Rahmen der EQUIP-G-Feldkampagnen (2. Projektpfeiler) durchgeführt werden.
Herausforderungen im Bereich Quantengravimetrie
Obwohl Quantengravimeter im Vergleich zu anderen Quantentechnologien bereits weit fortgeschritten sind und einen sogenannten TRL-Stand (Technology-Readiness-Level) erreicht haben, der die Bereitstellung als kommerzielles Produkt ermöglicht, ist noch viel Forschungsarbeit erforderlich, um bestehende Herausforderungen und anhaltende Einschränkungen zu bewältigen. Diese reichen vom Verständnis der Instrumente und der Metrologie (Anbindung an internationale Referenzsysteme und SI-Einheiten) über die Schulung von Bedienpersonal und den Wissenstransfer zwischen Ländern und Interessengruppen, die Umsetzung der FAIR-Datenprinzipien und die Entwicklung von Metadatenstandards für diese Instrumenten- und Datentypen bis hin zur Integration in große digitale Infrastrukturen (EPOS ERIC) und einer widerstandsfähigen, aktiven und dynamischen Community.
Der EQUIP-G-Workshop
Ziel: Das Interesse, die Akzeptanz und die Nutzung dieser Spitzentechnologie durch die Community zu fördern und zu unterstützen.
Das EQUIP-G-Konsortium möchte bei diesen wichtigen Themen nicht allein arbeiten, sondern die gesamte Community von Anfang an einbeziehen und mit einbinden.
Mit mehr als 100 Teilnehmenden war die Veranstaltung ein voller Erfolg. Sie bot eine Plattform für fruchtbare und intensive Diskussionen sowie den Austausch zwischen all diesen Schlüsselakteuren und interessierten Personen aus der Fachgemeinschaft. Bereits jetzt lassen sich direkte Auswirkungen auf anstehende Aktivitäten in der gesamten Fachgemeinschaft beobachten, am deutlichsten bei den zahlreichen eingereichten Vorschlägen für die „offene Ausschreibung für Instrumente“, bei der EQUIP-G projektfremden Gruppen die Möglichkeit bietet, ein Quantengravimeter für ihre eigenen Forschungsprojekte zu erhalten (weitere Informationen auf der Projekt-Website).
Lokale Workshop-Organisation: GFZ, Abteilung 4.4 Hydrologie (Marvin Reich)
Projekt-Website: https://www.equip-g.eu/
Workshop-Website: https://events.spacepole.be/event/268/
