In heller Umgebung oder erleuchteten Räumen schwirren Abermillionen Lichtteilchen umher. Allein ein einziger Lichtstrahl besteht aus unendlich vielen einzelnen Photonen, die auf unserer Netzhaut dafür sorgen, dass wir sehen können. Dabei könnte bereits ein einzelnes Photon reichen, um etwas zu erkennen. Mit bloßem Auge gelingt das nicht, aber Einzelphotonendetektoren ermöglichen dies bereits. Sie sind jedoch teuer, groß und schwer integrierbar; zudem können sie kein multimodales Licht detektieren, wie man es in der Medizin oder Biologie bräuchte.

Für diese bisherigen Grenzen findet ein Start-up aus Münster eine Lösung: Pixel Photonics ist auf dem besten Weg, in großem Stil Licht ins Dunkel zu bringen. So ist das Unternehmen in der Lage, Detektoren direkt in photonische Chips zu integrieren. Durch Wellenleiterintegration wird dabei eine maximale Effizienz bei jeder Wellenlänge erreicht – und das bei einer extrem hohen Geschwindigkeit.

Wir haben eine Technologie, die es ermöglicht, einzelne Photonen sichtbar zu machen. Und das Ganze in einem Wellenlängenbereich, wo unser Auge nicht mehr funktioniert, also im Nahinfrarotbereich, wo herkömmliche Technologie das nicht kann. Technisch ist das extrem spannend, weil unsere ganze Kommunikation über Nahinfrarot funktioniert, schildert CEO Nicolai Walter.

SO FUNKTIONIERT DIE TECHNOLOGIE

Pixel Photonics entwickelt wellenleiterintegrierte supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren (WI-SNSPDs). Der Detektor wird auf etwa 2,5 Kelvin abgekühlt – knapp über dem absoluten Nullpunkt. In diesem Zustand wird der Nanodraht supraleitend. Sobald ein einzelnes Photon auf den Draht trifft, bricht es sogenannte Cooper-Paare und erzeugt einen lokalen Hotspot. Die Supraleitung bricht zusammen, was als kurzer Spannungsimpuls das messbare Klick-Signal erzeugt – vergleichbar mit einem Geigerzähler für Lichtteilchen.

DER ENTSCHEIDENDE UNTERSCHIED

Herkömmliche SNSPDs arbeiten mit mäanderförmigen Nanodrähten, die eine große Fläche abdecken müssen. Sie benötigen zusätzlich optische Resonatoren, um die Empfindlichkeit zu erhöhen – was jedoch die spektrale Bandbreite stark einschränkt. Pixel Photonics nutzt stattdessen nanophotonische Wellenleiter, in denen Licht durch totale interne Reflexion geleitet wird. Das evaneszente Lichtfeld interagiert direkt mit dem Nanodraht, was zu nahezu 100-prozentiger Absorption führt – ohne jeden Resonator. Einfach durch die Länge des Nanodrahts lässt sich die Absorption justieren.

Das Ergebnis: Zählraten von bis zu 2 Gigahertz, Jitter unter 30 Pikosekunden und eine spektrale Bandbreite vom sichtbaren Licht bis über 1700 Nanometer – deutlich breiter als jeder Wettbewerber. Zudem ist der Nanodraht nur etwa ein Zehntel so lang wie bei herkömmlichen SNSPDs, was zehnmal schnellere Detektion ermöglicht.

ON-CHIP-INTEGRATION

Pixel Photonics fertigt photonische Strukturen, Wellenleiter und SNSPDs direkt auf den Chips. Damit können hunderte Detektoren auf einem Chip integriert werden. Die Fertigung erfolgt mit CMOS-kompatiblen Prozessen, was den Transfer in industrielle Halbleiterfertigungen ermöglicht und mittelfristig die Kosten drastisch senken wird.

MULTIMODAL – DER NÄCHSTE SCHRITT

Aktuelle Detektoren erfassen vor allem einzelne räumliche Lichtmoden. Pixel Photonics arbeitet an der Erweiterung auf multimodales Licht – wie es in der realen Welt typischerweise auftritt, etwa bei Fluoreszenz in der Biologie oder Satellitenkommunikation durch die Atmosphäre. Erste Designs können bereits gestörte Moden detektieren. Langfristig zielt ein Hyperuniform-Koppelkonzept darauf ab, volle Multimodalität und räumliche Auflösung für Bildgebungsverfahren zu ermöglichen.

Ursprünglich ist die Technologie im Quantenbereich verfußt, doch Pixel Photonics möchte sich darauf nicht festlegen, sondern vielmehr ausloten, was darüber hinaus möglich ist. Mit SPRIND und dem Gründungszuschuss von einer Million Euro wagen wir den Sprung aus den vertrauten Gefilden und wenden uns vielmehr alltäglichen Applikationen im Labor, in der Diagnostik oder der Verteidigung zu. Dazu haben wir gemeinsam eine Marktstudie erstellt, mit dem Ziel, dieses enorme Potential in sinnvolle, konkrete Anwendungen zu übertragen.

Doch was macht den Einzelphotonendetektor zur Plattformtechnologie? Wenn man etwas mit Licht bestrahlt, reagiert die Materie immer, erläutert CEO Nicolai Walter, und unterschiedliche Materie reagiert verschieden aufgrund der Quanteneigenschaften von subatomaren Teilchen, Molekülen und so weiter. Das heißt, es gibt eine spezifische Reaktion – je nachdem, ob es um einen Sprengstoff, eine Krebszelle oder irgendetwas anderes geht. Das rückgestrahlte Signal, das diese Information enthält, ist aber super klein. Mit unserer Technologie kann man mit allen möglichen Wellenlängen abrastern und die Signale auf Einzelphotonenlevel bestimmen.

UNTER ERSCHWERTEN BEDINGUNGEN BESSER MESSEN

Zum Beispiel gibt es in vielen Messsituationen per se nicht genügend Licht. Noch ist das Zukunftsmusik, aber wird ein Tumor chirurgisch entfernt, könnte unsere Technologie die Remissionsränder – also wo endet der Krebs, wo beginnt gesundes Gewebe – genau erkennen, schildert CTO Dr. Wladick Hartmann. Entsprechend wird weder zu wenig noch zu viel entfernt. Das erhöht Überlebenschancen und senkt Folgekosten. Im Bereich Verteidigung könnten die hochempfindlichen Detektoren zum Beispiel metertief vergrabene Minen, im Wasser sich anbahnende Gefahren oder kleinste Mengen Sprengstoff aus großer Entfernung identifizieren.

Aktuell hat Pixel Photonics bereits einige Kunden, die die Messungen noch mit größeren Geräten vornehmen – die Zukunft steckt jedoch im Chip, in den die Detektoren integriert werden, was eine beeindruckende spektrale Bandbreite ermöglicht – und kein anderes Unternehmen auf der Welt derzeit auf diese Art schafft.

Alles, was wir machen, ist wirklich ‚as deeptech as it gets.‘ Wir bauen im Reinraum Hardware, die abgekühlt werden muss und rauscharme Elektronik. Wir mussten sehr viel von diesem Know-how selber aufbauen denn ganz am Anfang haben wir unsere Kühlsysteme zum Beispiel aus Russland bezogen, erzählt Nicolai Walter. Dann war durch den Krieg in der Ukraine von einem Tag auf den anderen ein Zulieferer weg. Das war eine immense Herausforderung für uns, welche wir aber als Chance genutzt haben und nun selber über das ganze Wissen verfügen

GEBALLTE EXPERTISE UND ERFOLGREICHE FINANZIERUNGSRUNDEN

Ende 2021 haben Nicolai Walter, Dr. Fabian Beutel, Dr. Martin Wolff, Dr. Wladick Hartmann und Christoph Seidenstücker gemeinsam mit Prof. Dr. Wolfram Pernice und Prof. Dr. Wolfram Schuck Pixel Photonics aus der Universität Münster heraus gegründet. Mit vier Physikern hat das Gründungsteam einen starken technischen Hintergrund. Schon 2022 folgte die erste Finanzierungsrunde mit einem Investment von Quantonation und dem High-Tech Gründerfonds (HTGF); es schlossen sich weitere Runden und Förderprojekte an. Im April 2026 gab das Unternehmen eine Gesamtfinanzierung von 13,5 Millionen Euro bekannt. Die Summe setzt sich zusammen aus dem First Closing einer Seed-Runde über fünf Millionen Euro sowie einer Förderung des European Innovation Council (EIC) Accelerator in Höhe von 8,5 Millionen Euro – davon 2,5 Millionen Euro als Zuschuss und sechs Millionen Euro als Eigenkapital. Die Seed-Runde wurde von Futury Capital angeführt und neben SPRIND von Kensho Ventures sowie dem High-Tech Gründerfonds begleitet.

Das eröffnet natürlich ideale Bedingungen, um die hochgesteckten langfristigen Ziele auch zu erreichen: Firmenseitig wäre das, unsere Produkte so zu entwickeln, dass man sie von der Stange verkaufen kann und die kommerzielle Skalierung gelingt, erklärt Dr. Wladick Hartmann. Und daneben ist es unser Traum, etwas zu machen, von dem alle Menschen direkt profitieren können, insbesondere in der Krebsdiagnostik. Da kann unser System einen massiven Mehrwert liefern – ebenso wie beim Thema Defense zur Sicherung kritischer Infrastruktur.

ES IST EXTREM ERFRISCHEND, WIE DIE SPRIND AGIERT. UND DAS TUT DEUTSCHLAND GUT. – Nicolai Walter, Co-Founder und CEO

Dabei liegt dem Team die Zusammenarbeit – vom Netzwerk, über Sichtbarkeit bei Investor:innen hin zu Veranstaltungen wie der VENTURE SPRIND – mit der Bundesagentur für Sprunginnovationen besonders am Herzen: Wir sehen SPRIND als essenziellen Baustein im Innovationsökosystem in Deutschland an, betont Nicolai Walter. Außerdem bestehe der große Wunsch, in Europa oder bestenfalls Deutschland zu bleiben und zu fertigen – auch dabei, dieses helle Licht in Europa zu halten, kann die SPRIND nur helfen.