Die bizarren Phänomene der Quantenwelt lassen sich zunehmend nutzen: In der Dezember-Ausgabe berichtet BILD DER WISSENSCHAFT von den Fortschritten bei der Umsetzung der Quantenforschung in Anwendungen. Dabei stehen die raffinierten Verfahren sowie mögliche Risiken der bahnbrechenden Technologie im Fokus.
Im ersten Artikel des fünfteiligen Titelthemas „Quanten auf dem Sprung“ bringt der BDW-Redakteur Ralf Butscher zunächst noch einmal die wichtigsten Aspekte der Quantenphysik auf den Punkt und geht auf die bereits etablierten Anwendungen ein. Wie er erklärt, erreichen die Systeme der zweiten Generation allerdings ganz neue Dimensionen. Denn auch Phänomene wie die Verschränkung und Überlagerung der Zustände von Teilchen lassen sich nun beherrschen, indem einzelne Quantenpartikel wie Elektronen oder Photonen kontrolliert werden.
Dabei gibt es beachtliche Fortschritte: Quantensensorik, Quantenkryptografie und Quantenrechnen erreichen schon praktische Anwendbarkeit mit atemberaubenden Potenzialen. Es gibt allerdings auch noch ein Bündel an Herausforderungen bei der Entwicklung der Quantentechnologien der zweiten Generation, berichtet Butscher im Artikel „Es riecht nach Revolution“.
Anschließend präsentiert der BDW-Autor Dirk Eidemüller ein spannendes Verfahren, das der Entwicklung der neuen Quantentechnologien zugutekommt: die Nutzung von Diamanten. Die Quantenphysiker interessieren sich dabei nicht etwa für besonders perfekte Kristalle, sondern für Exemplare, bei denen die Ordnung des Diamantgitters auf spezielle Weise gestört ist. Der Autor erklärt, warum sich zwischen diesen sogenannten Fehlstellenzentren Quanteninformationen in nutzbarer Weise übertragen lassen. Das macht sie begehrt und vielversprechend für den Einsatz in Quantencomputern, Quantennetzwerken und der Quantensensorik, geht aus dem Artikel „Quanten-Diamanten“ hervor.
Im dritten Teilartikel steht dann ein spezieller Anwendungsbereich der Quantentechnologie im Fokus: Eidemüller berichtet über ein neuartiges Kernspinmikroskop, das erstmals hoch aufgelöste Aufnahmen von molekularen Prozessen liefern kann. Wie er erklärt, fungieren dabei Fehlstellenzentren von Diamanten als hochempfindliche Mini-Magnetometer. Von dieser Technologie könnte neben der Krebsdiagnostik auch die Forschung an Batteriematerialien profitieren, berichtet der Autor im Artikel „Quantensprünge in der Röhre“.
Chancen und Gefahren
Weiter geht es mit einem Beitrag zum Potenzial der Quantentechnologie für die Kommunikation. Darin berichtet Eidemüller über den Stand der Entwicklung bei Verfahren zum sicheren Austausch von Daten. Wie er erklärt, spielt dabei der quantenmechanische Effekt der Verschränkung zweier Teilchen eine zentrale Rolle. Darin steckt Potenzial für eine Reihe neuer Möglichkeiten der Kryptografie und Kopplung von Quantencomputern. Bei der Entwicklung der Quantenkommunikation und ihrer Sicherheit ist besonders Europa offenbar gut aufgestellt, geht aus dem Artikel „Eine neue Art von Internet“ hervor.
Eine eher bedrohliche Seite der Quantentechnologie beleuchtet ein Beitrag des BDW-Autors Bernd Müller. Er erklärt darin, warum die Entwicklung der Quantencomputer die Datensicherheit im Netz bedroht. Demnach könnten deren überlegene Leistungen schon bald geheimdienstlichen Spionen und kriminellen Kräften ganz neue Möglichkeiten eröffnen. Doch es gibt Hoffnung: Forschende wollen dem Treiben mit sogenannter Post-Quanten-Technologie entgegentreten. Wie sie funktioniert, beschreibt der Autor im Artikel „Letztes Bollwerk gegen Datenraub“.
Die Artikel des Titelthemas „Quanten auf dem Sprung“ können Sie im Rahmen eines bdw+ Abonnements online lesen, oder Sie finden sie in der Dezember-Ausgabe von BILD DER WISSENSCHAFT, die ab dem 21. November im Handel erhältlich ist.
Quantensprünge in der Röhre
