Přesnost na kvantové úrovni

Start-up Germanium Quantum Detectors vyvíjí fotodetektor na bázi germánia, který je nákladově efektivnější a flexibilnější než tradiční produkty. (Obrázek: Nico Scheller)

Díky své kompaktní velikosti nabízí širokou škálu možností použití. Zakladatelé chtějí své inovativní germanium-na-křemíkových fotodetektorech vyrábět také pro výrobce v oblasti autonomní jízdy a pro medicínský průmysl. (Obrázek: Nico Scheller)

Zakladatelský tým zleva doprava: Maurice Wanitzek, Claudia Bett, Dr. Maximilian Scheu a Jakob Finkbeiner. (Obrázek: Nico Scheller)

Vysoce citlivé světelné senzory jsou například potřeba v kvantové komunikaci, lékařské technice a pro autonomní řízení. Výzkumníci z Institutu pro polovodičovou techniku (IHT) na Univerzitě ve Stuttgartu vyvinuli fotodetektor na bázi germaniového, který je nákladově efektivnější a flexibilnější než tradiční produkty. Aby bylo možné technologii uvést na trh, zakládají čtyři mladí vědci nyní startup „Germanium Quantum Detectors“.

„LabOne“ stojí na nenápadném šedém kovovém čtverci s délkou hrany pouhých osm centimetrů. V pouzdru prototypu se nachází špičková technologie, která má stanovit nové standardy na trhu: mikročip, na kterém jsou zapojeny čtyři takzvané „Single-Photon Avalanche Diodes“ (SPADs). S pomocí vysoce citlivého světelného senzoru lze měřit jednotlivé fotony, nejmenší částice světla, a přesný čas jejich příchodu. Fotodetektory z křemíku jsou dnes používány v mnoha oblastech, například v 3D kamerách moderních asistenčních systémů pro řízení vozidel. To, co je na novém vývoji zvláštní, je jeho plná kompatibilita se standardní výrobou polovodičů a použití malého množství germaniového. Tento materiál absorbuje světlo v infračervené oblasti, což přináší například při autonomním řízení velké výhody: s germaniovými fotodetektory jsou překážky na větších vzdálenostech a za špatných podmínek viditelnosti rozpoznávány rychleji a přesněji – což výrazně zvyšuje bezpečnost.

Germaniové fotodetektory jsou kompaktnější a jednodušší na výrobu

Proč takové detektory již nejsou běžně používány? Odpověď dává pohled do laboratoře Institutu pro polovodičovou techniku (IHT) na Univerzitě ve Stuttgartu: tam stojí chladicí zařízení o velikosti minibar, do kterého by se odhadem vešel prototyp asi třicetkrát. Typické detektory pro jednotlivé fotony musí být chlazeny na téměř -270 stupňů Celsia, aby se zabránilo zkreslení signálů. Nový germaniový na křemíkovém fotodetektoru dosahuje stejné kvality již při -10 až -20 stupních. To znamená nejen výrazně lepší poměr cena/výkon, ale díky své malé velikosti také široké možnosti využití.

Cesta od laboratoře k praxi

Maurice Wanitzek, který se významně podílel na vývoji technologie v IHT, ji nyní chce společně s třemi spoluzakladateli uvést do praxe. „Během mého doktorského studia mi mnoho průmyslových partnerů řeklo, že by produkt rádi koupili, protože je zajímavý. Jako inženýr mám samozřejmě sen, že má vývoj bude mít skutečný přínos a nezůstane ležet ladem. A tak vznikla myšlenka založit firmu.“ Wanitzek se obrátil na Iniciativu pro transfer technologií (TTI GmbH) na Univerzitě ve Stuttgartu, aby odhadl šance na úspěch. „Výsledek mě povzbudil a také mi velmi pomohla při dalších krocích TTI.“ Jeden z koučů ho upozornil na program EXIST pro transfer výzkumu a pomohl mu s přípravou žádosti. Wanitzek se také zúčastnil workshopů Transfercentra univerzity (TRACES) pro začínající podnikatele: „Tato výměna byla velmi užitečná. A skutečnost, že jsme museli své nápady představit za deset minut, velmi usnadnila přípravu prezentace pro žádost o podporu v rámci programu EXIST,“ říká.

„Podporujeme zakladatelky a zakladatele vhodnými poradenskými a dotačními nabídkami, aby mohli uvést své odvážné nápady do praxe,“ říká profesor Alexander Brem, prorektor pro transfer a mezinárodní vztahy na Univerzitě ve Stuttgartu. „Tým Germanium Quantum Detectors ukazuje, jak lze podporovat inovace v oboru budoucnosti a že stojí za to udělat krok do podnikání.“

Podpora v rámci programu EXIST ve výši přibližně 1,2 milionu eur na dva roky dává čtyřčlennému týmu zakladatelů impuls k dalšímu rozvoji technologie až do fáze uvedení na trh. Zakladatelé Maurice Wanitzek, odborník na mikroelektroniku, návrhář obvodů Jakob Finkbeiner, fyzička Claudia Bett se zaměřením na optiku a systémovou integraci, a Dr. Maximilian Scheu, podnikatel specializující se na podnikání, mají své kanceláře v IHT. Úzce však spolupracují také s Institutem mikroelektroniky Stuttgart IMS-CHIPS. V jeho vysoce specializovaném čistém prostoru se fotodetektory budou zatím vyrábět. Zakladatelé také nadále využívají nabídku workshopů TRACES, naposledy na téma podnikatelské právo.

S velkou tvůrčí svobodou budovat něco nového

„Rozdělili jsme úkoly v týmu podle našich odborností a učíme se od sebe navzájem neuvěřitelně moc,“ říká Claudia Bett. Přestože měla nabídku od průmyslu, rozhodla se pro start-up: „Raději chci pracovat s vlastním zodpovědností než být řízena někým jiným. Společně budovat něco nového nabízí velkou tvůrčí svobodu.“ První zákazníky již mají: vědce, kteří několik budov od nás vyvíjejí aplikace kvantové kryptografie. Protože základní jednotky informace (kvantové bity) jsou přenášeny pomocí fotonů, potřebují k tomu vysoce citlivé světelné senzory.

V další fázi chtějí čtyři zakladatelé vyrábět pro výrobce v oblasti autonomního řízení, střednědobě také pro lékařskou techniku: jejich fotodetektory mohou být například použity v infračervené spektroskopii. Momentálně vedou řadu jednání s firmami. Největší výzvou je podle Wanitzeka najít tolik zákazníků s podobnými požadavky na produkt, aby byla možná ekonomická výroba: „Doufáme, že za pět let budeme v zisku – a že tímto příkladem motivujeme i další k zakládání firem.“