Quantentechnologien

Quantenphysik ist in unserem Alltag praktisch kaum erlebbar. Alles für uns direkt Erfahrbare – alle makroskopischen, größeren Dinge – gehorcht den Prinzipien der klassischen Physik. Doch im Kleinen, auf atomarer Ebene, werden diese auf den Kopf gestellt: Denn dort zeigen sich die Gesetze der Quantenphysik. Und die erscheinen nicht nur auf den ersten Blick merkwürdig: Elementarteilchen, Atome und Moleküle können sich wie Teilchen oder Wellen verhalten. Sie können sich überlagern und damit mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen. Und sie lassen sich miteinander verschränken, so dass ein Teilchen immer die komplementäre Information zu seinem Zwilling besitzt – egal wo dieser sich befindet. Vor allem die Unsicherheit des Zustands eines Teilchens ist in der Quantenmechanik fundamental. Es befindet sich in einer sogenannten Superposition von verschiedenen möglichen Zuständen. Kurz: Nichts steht fest, aber alles ist möglich. Es geht also um Wahrscheinlichkeiten, genauer um Wahrscheinlichkeitswellen. Erst wenn man ein Teilchen beobachtet oder misst, weiß man, an welcher Position, in welchem Zustand es sich genau befindet – und zerstört damit gleichzeitig den Quantenzustand.

1900

Geburtsstunde der Quantenphysik – Max Planck stellt die Quantentheorie auf: Licht besteht aus winzigen, unteilbaren Energiepaketen, den Quanten

1913

Niels Bohr entwickelt erste Vorstellung von einem quantisierten Atom

1915

Einstein stellt Allgemeine Relativitätstheorie auf und geht von Lichtphotonen als Teilchen aus

1924

Louis-Viktor de Broglie begründet den Welle-Teilchen-Dualismus

1925

Erwin Schrödinger beschreibt Materiewellen als Wahrscheinlichkeitswellen und erstellt eine grundlegende Gleichung der Quantenmechanik, die Schrödingergleichung

1927

Werner Heisenberg formuliert Unschärferelation: Ort und Geschwindigkeit eines Elektrons sind nicht zugleich bestimmbar.

1935

Gedankenexperiment Schrödingers Katze

1938

Erste Kernspaltung durch Otto Hahn, wenig später Bau der ersten Atombombe

1953

Gründung des CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) zur Untersuchung subatomarer Teilchen

Seit den 50er Jahren

Beginn der ersten Quantenrevolution durch praktische Nutzung von Effekten makroskopischer Quantensysteme

1954

Erste Mikrowelle

1958

Erster Mikrochip

1960

Erster Laser

1966

John Bell erstellt Bellsche Ungleichung: Es gibt keine lokalen verborgenen Parameter, die das Verhalten eines Quantensystems bestimmen

1974

Doppelspaltexperiment mit einzelnen Elektronen beweist Theorie des Welle-Teilchen-Dualismus

1982

Alain Aspect beweist mit Experimenten die Hypothese der Quantenverschränkung

Seit den 90ern

Beginn der zweiten Quantenrevolution durch Manipulation und Kontrolle einzelner Quanten

1997

Erste Quantenteleportation durch Zeilinger an Universität Innsbruck

In den 90ern

Erste experimentale Quantencomputer mit 3, 5 und 7 Qubits

2014

fehlerfreier Datentransfer durch Teleportation als Grundlage für das Quanteninternet

2016

China schießt ersten Quantenverschlüsselungssatellit Micius zu Forschungszwecken ins All

2017

China baut erstes Quantenkommunikationsnetzwerk auf

2018

EU fördert im Quantum-Flagship Quantentechnologien mit 1 Mrd. Euro,
Fraunhofer-Leitprojekt QUILT startet

2019

IBM stellt ersten kommerziellen Q-Computer Q System One vor

Initiative QuNet von Fraunhofer, Max Planck und DLR startet

Fraunhofer-Leitprojekt QMAG startet,

Fraunhofer und IBM kündigen an, den ersten Quantencomputer nach Europa zu holen