Quantentechnologische Detektoren und Sensoren – Zukunftstechnologie für Wissenschaft, Gesellschaft und Industrie

Albert Einstein, Fynn Ole Engler, Philipp Reclam jun. Verlag

Thomas Gerster, Nicolas Spethmann

Zusammenfassung Die rasanten Fortschritte in der Wissenschaft, sowie der technologischen Entwicklung der letzten Jahre ermöglichen es, nun maßgeschneiderte Quanteneffekte auszunutzen und die Kontrolle und Manipulation von einzelnen Quantenteilchen zu ermöglichen. Diese häufig auch als 2. Quantenrevolution bezeichnete Entwicklung erschließt neue, mit klassischen Methoden nicht zugängliche Anwendungsbereiche von der Sensorik und Messtechnik bis zur Quanteninfomationsverarbeitung und Quantenkommunikation. Diese neuartigen Komponenten und Systeme bergen ein großes Potential für eine breite kommerzielle Nutzung und sind daher für die europäische Wirtschaft ein hoch relevanter Zukunftsmarkt. In dieser Einführung soll neben einem kurzen Überblick über das Themenfeld der Quantentechnologien, ein Fokus auf die Grundprinzipien der Quantensensorik und ihren möglichen Anwendungen gelegt werden. Für die Überführung der Quantentechnologien aus dem forschungslabor in robuste und anwenderfreundliche Komponenten und Systeme, sind, neben dem Technologietransfer eng miteinander verzahnte Aktivitäten im Bereich der Standardisierung, Charakterisierung, Zertifizierung und Messtechnik, bis hin zu Themen der Weiterbildung und dem Wissenstransfer in Industrie und Gesellschaft notwendig. Hierzu können in einem ganzheitlichen Ansatz insbesondere die nationalen Metrologieinstitute mit ihrer Bündelung an QT-Infrastruktur und -Expertise in einem gemeinschaftlichen, europäischen Kontext beitragen.

Bongs, Kai

Klaus Mainzer

Daniel Fasnacht, Christian Straube

Zusammenfassung Für den nächsten Konjunkturzyklus benötigen wir viel mehr Rechenkapazität und Computer mit Transistortechnologie kommen an ihre Grenzen. Es sind also neue Innovationen gefragt. Der Quantencomputer, der das binäre System aushebelt und nicht auf Mikroprozessoren aus Silizium basiert, könnte eine Lösung sein. Diese Technologie wird sich exponentiell weiter entwickeln und nachhaltige Auswirkungen auf Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft haben. Speziell die Quantenkommunikation bietet eine vollständig neuartige Möglichkeit verteilter Rechenleistung, indem sie erlaubt Quantencomputer über Quantenkanäle zu vernetzen und so intrinsisch sichere Kommunikation zu gewährleisten. Dieser Artikel macht begreiflich, wie Quantencomputer neue Phänomene ausnutzen, die in der klassischen Physik nicht auftreten. Entlang vier identifizierter Haupteinsatzgebiete (Optimierung, Simulation, Maschinelles Lernen und Kryptographie) beschreiben wir Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen. Wir erklären wie technische Herausforderungen das Potenzial noch zurückhalten und wie der Quantencomputer als Ergänzung zu traditionellen Computersystemen einen großen Beitrag leisten kann. Entsprechend müssen Unternehmen nicht unbedingt in Quantencomputer investieren, sondern in deren Nutzung. Quantum als Service kann ein erster Schritt für visionäre Unternehmer sein, um sich damit vertraut zu machen und frühzeitig Wettbewerbsvorteile zu erlangen.

Konrad Kleinknecht

Die Heisenberg-Gesellschaft, die im Dezember 2012 gegründet wurde, widmet sich der Vermittlung des geistigen Erbes von Werner Heisenberg. Er war einer der bedeutendsten Wissenschaftler des 20. Jahrhunderts. Mit seiner Quantenmechanik eröffnete er uns die Welt der kleinsten Bausteine der Materie, der Atome, Atomkerne und Elementarteilchen. Sie ermöglicht auch die Beschreibung der physikalischen Eigenschaften von Molekülen, chemischen Verbindungen, Kristallen, Feststoffen und Halbleitern und ist so die Grundlage der heutigen Computertechnik. Heisenbergs Entdeckung der Unbestimmtheitsrelation hat weitreichende Konsequenzen für die Naturphilosophie und die Erkenntnistheorie und erlaubt die abhörsichere Verschlüsselung von Informationen. Die Vorträge auf der jährlichen Mitgliederversammlung zu naturwissenschaftlichen und philosophischen Fragen im Zusammenhang mit Heisenbergs Werk werden als E-Book veröffentlicht. Der vorliegende zweite Band der Schriftenreihe behandelt die Rolle der Symmetrien in der Wissenschaft und Kunst und gibt eine beispielhafte Einführung in die Quantentheorie.