Quantentechnologien

Die Grundlagen der Quantenphysik wurden in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts entwickelt. Zu diesen frühen Entdeckungen zählen u.a. die Quantelung des Lichts, die Unschärferelation und der Welle-Teilchen Dualismus. Weitere Erkentnisse aus der Quantenmechanik sind der Tunneleffekt von Elektronen und der Riesenmagnetowiderstand (GMR). Ohne den Tunneleffekt lassen sich elektronische Bauteile wie Transistoren und Dioden im Bereich der Halbleitertechnik nicht realisieren. Der GMR-Effekt wird zur Speicherung von Daten auf HDD-Festplatten genutzt. In der Medizintechnik (MRT) wird der Spin-Effekt von Atomkernen angewandt um Bilder vom Inneren eines Körpers zu erzeugen.

Ohne Entdeckungen aus der Quantenphysik würde es diese Geräte nicht geben: Kernspintomograph und Laser

Diese Technologien beruhen auf den quantenmechanischen Effekten von einer Vielzahl von Quantenteilchen wie den Elektronen oder der Kohärenz der Photonen im Laser. Dies wird auch als erste Quantenrevolution bezeichnet.

Die gezielte Manipulation, Messung und Kontrolle einzelner Quantenteilchen hingegen ist Gegenstand der sog. zweiten Quantenrevolution. Diese basiert auf scheinbar rätselhaften quantenmechanischen Phänomenen wie der Quantenverschränkung und der Quantenteleportation. Eines der bedeutendsten Themengebiete dieser Revolution, welches Thema aktueller Forschung und Entwicklung ist, ist der Quantencomputer. Seine Rechenleistung wird die von derzeit verwendeten Supercomputern bei weitem übersteigen, wodurch u.a. genauere Wettervorhersagen möglich sein werden und das Entschlüsseln großer Molekülstrukturen erleichtert werden. Das No-Cloning Theorem ist ein weiteres Quantenphänomen, das u.a. zur Realisierung einer abhörsicheren verschlüsselten Verbindung im Internet verwendet wird.

Stand: 07.06.21