Ziel des Instituts für Quantentechnologien in Ulm ist es, Präzisionsinstrumente für Raumfahrtanwendungen auf Basis von Quantentechnologien zu entwickeln und in enger Zusammenarbeit mit der Industrie zur Prototypenreife zu bringen. Es schlägt damit eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und Industrie. Zusammen mit dem Institut für Satellitengeodäsie und Trägheitssensorik in Hannover und dem Galileo Kompetenzzentrum in Oberpfaffenhofen hat das Institut in Ulm eine Vorreiterrolle in diesen Forschungs- und Anwendungsfeldern.
Unter bestimmten Voraussetzungen breiten sich Teilchen, seien es Elektronen, Atome oder Nanoteilchen, als Wellen aus. Ähnlich wie Licht- oder Wasserwellen können solche Materiewellen überlagert werden. Schon geringste Störungen können zu merklichen Änderungen im Interferenzmuster der überlagerten Materiewellen führen, was hochempfindliche Messungen ermöglicht. Im Gegensatz zu den masselosen Lichtteilchen, den Photonen, fällt Materie im Schwerefeld der Erde, was zum Beispiel für Tests von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie (ART) genutzt wird.
Neben der Überlagerung und Interferenz von Materiewellen wird ein weiterer Effekt für Quantentechnologien instrumentalisiert, nämlich die Verschränkung zwischen zwei Teilchen. Manipuliert man eines der beiden Teilchen, so ändert sich der Zustand des Partnerteilchens selbst bei größten räumlichen Entfernungen. Im Zusammenspiel mit klassischen Kommunikationskanälen kann man dadurch eine Informationsübertragung schaffen, die extrem sicher ist, da jeder Lauschangriff das Ergebnis der Messung beeinflusst und dadurch enttarnt wird. Die Implementierung dieser Quantenkommunikation auf Satelliten wird die Sicherheit der interkontinentalen Informationsübermittlung immens erhöhen.
Die Forschungsarbeit der vier Kernabteilungen Quantenmetrologie, Quanteninformation und -kommunikation, Quantennanophysik und Quantensteuerung von geladenen Materiewellen wird von den drei Querschnittsabteilungen Quanten Engineering, Integration von Mikro- und Nanosystemen und Theoretische Quantenphysik ergänzt und unterstützt. Das Institut ist interdisziplinär ausgerichtet: Theoretische Grundlagenforschung und experimentelle Tests treffen auf ingenieurtechnische Implementierung.