Zukunftstechnologie Quantenphysik Auf dem Weg in ein neues Technologiezeitalter

In Amsterdam findet zur Zeit die Europäische Quanten-Konferenz statt. Wissenschaftler und Politiker besprechen dort, wie der Forschungsstandort Europa in dieser Schlüsseltechnologie international weiter mithalten kann. Eine Milliarde Euro sollen dafür ausgegeben werden, für eine Technologie, die nur wenige Menschen wirklich begreifen.

Lichtspiel
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Die Reise in die fremde Welt der Quantenmechanik begann um 1900 als Max Planck entscheiden sollte, ob Berlin statt der Gas- eine elektrische Straßenbeleuchtung bekommt. Und weil er die Farbe des Lichts, das aus den Glühlampen kam, nicht erklären konnte, begann er zu experimentieren. Der Laser wurde erfunden und mit ihm die Theorie, dass Atome schwingen und dabei Licht aussenden und zwar immer nur gewisse Portionen.

Das war die Geburtsstunde der Quantentheorie, sagt Quantenphysiker Prof. Dr Wolfgang Schleich vom Institut für Quantenphysik an der Universität Ulm:

Also, die Butter hat man damals in Portionen gekauft. Damals hat man von einem Quantum Butter gesprochen.

Prof. Dr Wolfgang Schleich

Daher soll die Quantentheorie ihren Namen haben. Niemand ahnte damals, dass die Wissenschaft damit eine Reise antrat, die uns in völlig fremde Welten führt. Welten, die nichts, aber auch gar nichts mit dem zu tun haben, was wir erfahren, erleben und uns nur im entferntesten vorstellen können. Wolfgang Schleich vergleicht das mit einer Reise, bei der wir uns immer weiter von zu Hause entfernen:

Wenn Sie natürlich in die Schweiz fahren, sprechen die Leute dort immer noch deutsch. Und wenn sie weiter südlich fahren, sprechen immer weniger Leute deutsch. Und plötzlich kommen sie in ein Land, da verstehen sie überhaupt keine Sprache mehr. 

Wolfgang Schleich

Seither bewegt sich die Wissenschaft in einem Land, in dem unsere klassischen, physikalischen Gesetze unbrauchbar sind. Verschränkte Atome pflegen rätselhafte Kommunikation über Millionen von Lichtjahren hinweg.

Eigenschaften von Atomen können von einem zum anderen quasi teleportiert werden, wie beim Beamen auf dem Raumschiff Enterprise. Und Wissenschaftler gehen davon aus, dass ein Teilchen erst dann zu existieren beginnt, wenn wir es beobachten. Machen sie sich nichts draus. Letzteres war selbst für Einstein zu viel. Aber irgendwas scheint an der Quantenmechanik dran zu sein. Denn mittlerweile gehört sie zu unserem täglichen Leben. Ohne Laser würde es beispielsweise keine Atomuhr geben und damit kein funktionierendes Navigationssystem.

Selbst die kleinsten, winzigsten Zeitunterschiede, die zwischen den Atomuhren auf den Satelliten und den Uhren auf der Erde entstehen, würden sich innerhalb einer Woche zu einer Ungenauigkeit von 80 km addieren. Aber diese Anwendungen der Quantenphysik sind heute schon Physik von gestern.

Computergrafik eines Quanten - Atommodells
Computergrafik eines Quanten - Atommodells Bildrechte: IMAGO

Jetzt gibt es andere Herausforderungen: Verschlüsselte Kommunikation mit Hilfe von Quantensystemen, also Licht. Erste Banküberweisungen hat es schon in der Schweiz und Österreich gegeben. Das Prinzip beruht darauf, dass man Spuren hinterlässt, wenn man ein atomare Strukturen beobachtet. Man stört den normalen Ablauf. Ein unbemerktes Abhören ist schon rein theoretisch nicht mehr möglich, sagt Prof. Dr. Harald Weinfurtner von der Ludwig-Maximilians-Universität München:

Sobald ein Abhörer dazwischen sitzt, wird er Fehler verursachen. Alle Informationen, die er sich abzweigen möchte, führen direkt zu einem Rauschen in der Übertragung.

Prof. Dr. Harald Weinfurtner

Auch Quantencomputer sind in Zukunft vorstellbar. Von ihnen erwartet man unter anderem unzählige, parallele Rechenoperationen, die bisher nacheinander abgearbeitet werden müssen.

Die Konferenz in Amsterdam soll dazu dienen, dass Europa bei diesen Forschungen im Vergleich zu den USA, Japan und China nicht auf der Strecke bleibt.