Die kleinsten Teile der Materie geben Aufschluss über große Zusammenhänge. Sonnenlicht, Magnetismus oder molekulare Wechselwirkungen ließen sich ohne sie nicht schlüssig erklären. Als Basis für moderne Technologien wird Quantenphysik in ganz unterschiedlichen Bereichen noch Großes bewirken. Wo stehen wir heute bei Quantencomputing, -kommunikation, -imaging und -sensorik?
© Sebastian Arlt
Webspecial Fraunhofer-Magazin 1.2025
Eine Anekdote unter Quantenphysikern geht so: Heisenberg und Schrödinger werden mit dem Auto von der Polizei angehalten. Der Polizist fragt Heisenberg: »Ist Ihnen eigentlich klar, wie schnell Sie waren?« Dieser überlegt kurz und antwortet: »Nein, aber ich weiß genau, wo ich bin.« Misstrauisch geht der Beamte ums Auto herum, öffnet den Kofferraum und ruft: »Wissen Sie, dass eine tote Katze in Ihrem Kofferraum liegt?« Schrödinger seufzt empört: »Jetzt schon, Sie Idiot!«
Wer diesen Witz versteht, kennt zwei der wichtigsten Grundsätze der Quantenmechanik. Mit seiner Unschärferelation zeigte der junge Werner Heisenberg 1925, dass es in der Quantenwelt nicht möglich ist, sowohl den Impuls als auch die Position eines Teilchens gleichzeitig präzise zu messen. Mit seiner Formulierung der fundamentalen Gesetze der Quantenmechanik deutete Heisenberg vor hundert Jahren die bis dahin geltenden Prinzipien der Physik komplett um. Erwin Schrödinger hingegen zeigte, dass Teilchen nicht nur an einem bestimmten Ort lokalisiert sind, sondern in einem Zustand der Überlagerung sein können. Er beschrieb die Ausbreitung von Materiewellen als Wahrscheinlichkeitswellen. In seinem berühmten Gedankenexperiment befindet sich in einer Kiste – aufgrund eines komplexen radioaktiven Mechanismus – eine Katze in einem solchen überlagerten Schwebezustand zwischen lebendig und tot. Erst wenn man nachschaut, legt das den Zustand fest.
Diese Erkenntnisse veränderten zuerst grundlegend unser Verständnis von der Welt – und dann unsere Welt selbst. Ohne die Quantenmechanik gäbe es keine Computer, keine Laser, keine moderne Kommunikationstechnologie. Und das ist längst nicht alles: Heute ist es möglich, die kleinsten Bausteine der Materie einzeln zu kontrollieren und gezielt zu nutzen – für Computer, die bald komplexe Probleme lösen können, für eine hochsichere Kommunikation und für genaueste Messungen in Diagnostik oder Materialforschung. Zu gewinnen gibt es viel: Bis zu zwei Billionen US-Dollar Marktwert sagen Analysten Quantencomputing, Quantenkommunikation und Quantensensorik bis 2035 voraus. Die globalen staatlichen Investitionen belaufen sich auf über 40 Milliarden US-Dollar, errechnete jüngst eine Fraunhofer-Studie. Der Einfluss und die neuen Möglichkeiten inspirierten die Vereinten Nationen, 2025 zum Internationalen Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie auszurufen.
Die Beispiele zeigen: Quantentechnologien befinden sich noch in einer Art Schwebezustand zwischen Grundlagenforschung und Anwendung. Wir wissen, an welchem Punkt sich die Entwicklung befindet, nur wie schnell sie voranschreiten wird, kann keiner sagen. Der nächste Durchbruch könnte jederzeit kommen. Fest steht – im Gegensatz zum Zustand von Schrödingers Katze – nur eines: Die Quantenforschung ist äußerst lebendig.
Fraunhofer-Gesellschaft
