Dr. Markus Krutzik, Ferdinand-Braun-Institut

An der Schnittstelle von Quantenphysik und Ingenieurswissenschaft arbeitet Dr. Markus Krutzik. Der Brain City-Botschafter ist Leiter des Joint Lab Integrated Quantum Sensors (IQS) am Ferdinand-Braun-Institut, das mit der Humboldt-Universität zu Berlin kooperiert. Am IQS in Berlin-Adlershof beschäftigen sich die Forschenden damit, atombasierte Technologien und Quantensensoren für den Einsatz außerhalb der Laborumgebung zu entwickeln.

Quantenphysik – für die meisten Menschen ist diese Wissenschaft ein Mysterium. Nicht so für Dr. Markus Krutzik. Bereits während seines Physikstudiums an der Technischen Universität Darmstadt begeisterte er sich dafür. „Schon damals war ich fasziniert von der Möglichkeit, atomare Gase durch Laserlicht auf wenige Milliardstel Grad zu kühlen, kohärent zu manipulieren und für fundamentale Fragestellungen sowie konkrete Anwendungen einzusetzen.“ Die Freude an atomaren Sensoren begleitet den jungen Wissenschaftler über seine Doktorarbeit und Postdoc-Zeit hinweg bis heute.

2009 ging Markus Krutzik nach Berlin. Als Doktorand an der Humboldt-Universität zu Berlin (HU Berlin) eröffnete sich ihm eine Möglichkeit, die seinen Weg weiter festigte: „Ich erhielt die Chance, an einen Verbundvorhaben mitzuwirken, in dem die normalerweise großen und komplexen Aufbauten der Atomsensorik so miniaturisiert werden, dass sie in kleinen Kapseln integriert aus 110 Meter Höhe in den freien Fall gelassen werden können und die Beschleunigungen im Auffangbehälter ohne Defekt überstehen.“ Für seine Dissertation im Rahmen der „QUANTUS Kooperation“ wurde er 2014 mit dem Dissertationspreis Adlershof ausgezeichnet. 2019 erhielt er als Mitglied des Cold Atom Laboratory (CAL)-Team am Jet Propulsion Laboratory des California Institute of Technology (JPL) den „NASA Group Achievement Award”; 2019/20 war er im des Gewinner-Team der Innospace Masters Challenge der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. 

Seit 2019 ist Markus Krutzik auch Leiter des Joint Lab Integrated Quantum Sensors (IQS) des Ferdinand-Braun-Instituts und der HU Berlin in Adlershof. Hier entwickelt er zusammen mit seinen Kolleginnen und Kollegen neuartige atombasierte Messgeräte und versucht, diese in die Anwendung zu bringen. „Wir nutzen die wunderbar vielseitigen Eigenschaften von atomaren Gasen und vermessen sie mit maßgeschneidertem Laserlicht. Dabei verwenden wir sowohl Gase bei hohen Temperaturen um die 1000 Kelvin als auch lasergekühlte Wolken bei Temperaturen von nur wenigen Nano-Kelvin. Oft erfordert die Anwendung die Manipulation und das Auslesen von Quanteneffekten – wie in sogenannten Materiewelleninterferometern.“ 

Besonders spannend ist es für Markus Krutzik, an der Schnittstelle von Quantenphysik und Ingenieurswissenschaft zu forschen. „Wir sind in unserer Arbeit daran interessiert, funktionierende Prototypen zu realisieren und müssen dabei neben der Atom- und Quantenphysik auch Verständnis für verschiedene Bereiche wie Lasertechnologie, Vakuumtechnologie, Software und Elektronik aufbringen. Es kommt dabei zwangsläufig zu einem intensiven Austausch mit den verschiedenen Anwenderinnen und Anwendern dieser Technologien. Das macht die Arbeit sehr vielseitig und interessant.“

Konkret entwickelt er mit seinem Team aktuell atom-optische Uhren für den Einsatz in der Navigation, atombasierte Sensoren für die Vermessung kleinster Magnetfelder oder Geschwindigkeiten, atomare Quantenspeicher für die Realisierung zukünftiger globaler Quantennetzwerke und untersucht ultrakalte Atome für fundamentale Fragestellungen der modernen Physik. Ein breites inhaltliches Spektrum. Berlin bietet ihm die Möglichkeit dazu. 

„Berlin ist groß. Einerseits sehr träge, andererseits hochtransformativ. Es gibt also immer (wieder) viel zu entdecken. Am wichtigsten ist aber: Es gibt hier eine Reihe von Universitäten und Forschungsinstituten mit hoher internationaler Sichtbarkeit – gerade in Bereichen rund um die Optik und Photonik – und eines der dynamischsten Start-up-Ökosysteme in Europa.“

Doch nicht nur regional, auch deutschlandweit und international verfügt das IQS über gute Kontakte: „Wir sind sehr stark vernetzt: von München bis Bremen, von Singapur bis an die Westküste der USA – und wir kooperieren mit vielen Verbünden“, erläutert Markus Krutzik. „Teilweise erfordert das von unseren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern auch längere Kampagnentätigkeit an anderen Standorten in Deutschland. Dabei arbeiten wir mit Universitäten, Forschungseinrichtungen, und Unternehmen zusammen.“ Der Wissenschafts- und Technologiepark in Berlin-Adlershof, wo das IQS verortet ist, bietet ebenfalls eine enge Vernetzung der Wissenschaft mit Industrie und Start-ups. 

„Berlin ist eine prima Stadt, die aufgrund ihrer Vielseitigkeit immer spannend bleibt“, so Markus Krutzik und ergänzt: „Die Schwerpunkte Optik, Photonik und Quantentechnologie bieten uns Forschenden auch in den kommenden Jahren ein extrem spannendes Umfeld.“ (vdo)