Ein besonderer Diamant ist der Schlüssel zu einem vollständig Open-Source-Quantensensor

Quantencomputing ist entweder ein ferner Traum oder unmittelbar bevorstehende Realität , je nachdem, wen man fragt . Und während sich das Quantum Village auf der Sicherheitskonferenz Defcon in Las Vegas dieses Jahr hauptsächlich auf neue Forschungsergebnisse und Bedrohungsanalysen konzentriert, arbeiten die Village-Mitbegründer Victoria Kumaran und Mark Carney auch daran, eine bereits verfügbare Quantentechnologie für Hacker und andere zugänglicher zu machen.

In einem Vortrag auf der Defcon-Hauptbühne am Samstag präsentieren die beiden einen Open-Source -Quantensensor, der für vielfältige Anwendungen – von der Medizintechnik bis hin zu GPS-Alternativen – geeignet ist. Angetrieben wird er von einem speziellen, aber dennoch erschwinglichen Diamanten mit besonderen atomaren Eigenschaften. Die erste Generation könnte je nach Lieferanten und Lieferzeiten für etwa 120 bis 160 US-Dollar gebaut werden. Die zweite Version, die Kumaran und Carney an diesem Wochenende vorstellen, lässt sich sogar noch günstiger bauen. Die beiden kündigen an, im Herbst eine dritte Version auf Basis von Tests und Feedback der Community zu veröffentlichen, die voraussichtlich nur 50 US-Dollar kosten wird.

Quantensensoren erfassen kleinste Schwankungen in magnetischen und elektrischen Feldern und ermöglichen so hochpräzise Messungen. Atomuhren, die beispielsweise nahezu die exakte Zeit anzeigen, sind Quantensensoren, die seit Jahrzehnten im Einsatz sind. Für Forscher und Enthusiasten, die mehr über Quantensensorik erfahren möchten, ist die Einstiegshürde jedoch recht hoch. Das relativ kostengünstige Open-Source-Projekt „Uncut Gem“ des Quantum Village bietet daher mehr Menschen die Möglichkeit, eigene Quantensensoren zu bauen und die Technologie zu erforschen.

„Man kann Dinge tun, die vorher nicht möglich waren, wie zum Beispiel Quantensensoren für den Bau tragbarer MRT-Geräte, die in allen Ländern eingesetzt werden können“, sagte Kumaran vor der Präsentation gegenüber WIRED. „Das sind Diamanten mit Defekten, synthetische Diamanten, die aus dem billigsten Restmaterial stammen. Ich finde, es hat etwas Poetisches, dass synthetische Diamanten so nützlich sind.“

Die meisten für den Quantensensor benötigten Komponenten sind einfache, handelsübliche Computerteile. Der Diamant muss jedoch ein sogenannter „Stickstoff-Leerstellen-Diamant“ sein. Seine besonderen molekularen Eigenschaften verdankt er dem Vorhandensein von Stickstoffatomen, die einige Kohlenstoffatome in der Atomstruktur des Diamanten ersetzen.

Neben potenziellen medizinischen Anwendungen können Quantensensoren auch in alternativen Navigationstechnologien eingesetzt werden, die elektromagnetische Welleninterferenzen verfolgen. Solche Instrumente könnten als lokale Alternativen zu GPS dienen, falls es zu globalen Systemausfällen oder gezielten Störsendern kommt . Die US Space Force testet derzeit den „leistungsstärksten Quanten-Trägheitssensor, der je im Weltraum getestet wurde“, heißt es in einer Pressemitteilung.

Für die große Mehrheit der Menschen, die keinen Zugang zu den leistungsstärksten Quantensensoren der Welt haben, bietet das Projekt „Uncut Gem“ jedoch eine Chance, die Quantensensortechnologie zu demokratisieren und zu erweitern. Das Projekt reiht sich in andere Hacking-Projekte ein , die auf kostengünstige, zugängliche Designs und Komponenten ausgerichtet sind.

Der unabhängige Forscher Davide Gessa hat die Schemata und den Code von Uncut Gem getestet.

„Ich bin gerade dabei, den Diamanten mit der Elektronik zu gießen – ich hoffe, das Gerät in etwa zwei Wochen fertigzustellen“, sagte Gessa gegenüber WIRED. „Ich folge den Anweisungen des offiziellen Projekts, habe aber auch einige Anpassungen vorgenommen. Ich hoffe, das Gerät für Quantencomputer-Experimente und zur Generierung von Zufallszahlen nutzen zu können. Alle meine Änderungen werden Open Source sein, sodass jeder sie nachbauen und verbessern kann.“

Prototypen von Uncut Gem-Sensoren konnten bereits magnetische Wellenschwankungen in einem chaotischen Konferenzsaal sowie einen Herzschlag aus wenigen Metern Entfernung von einer Testperson erfassen. Software ist in der Quantensensorik von entscheidender Bedeutung, da selbst die ausgefeilteste und hochwertigste Hardware immer noch Umgebungsrauschen aufnimmt, das korrigiert und gefiltert werden muss, um die Sensorausgabe auf die gewünschte Erkennung zu fokussieren.

„Der Grund, warum wir es als die erste vollständig Open Source bezeichnen, liegt darin, dass, soweit ich weiß, andere Artikel zwar einige Schaltpläne liefern – und wir haben darauf verwiesen –, es aber sonst keinen Ort gibt, an dem man die Leiterplatte, die Diamantenquelle, die Designs, die Schaltpläne, die Firmware und auch ein Wissensarchiv zur Funktionsweise hat, sodass man gleich loslegen kann“, sagte Carney vom Quantum Village gegenüber WIRED.

Obwohl Quantensensoren und insbesondere der Uncut Gem-Sensor noch einen weiten Weg vor sich haben, bevor sie die Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit eines Tricorders aus Star Trek erreichen, betonen Carney und Kumaran, dass der Zweck des Projekts lediglich darin besteht, die tatsächliche Quantentechnologie so schnell wie möglich auf die Welt zu bringen.

„Open Source ist uns sehr wichtig“, sagt Carney. „Ist das ein guter Sensor? Entschuldigung, aber verdammt nein. Es gibt viel bessere Sensoren. Könnte es ein besserer Sensor sein? Auf jeden Fall, und das wird passieren, wenn wir Leute dazu bringen können, sich an Open Source zu beteiligen und es weiterzuentwickeln.“