Aktuelle Forschungsfelder

Quantentechnologien der zweiten Generation beruhen auf der Manipulation von Quanteneffekten, um bestimmte Prozesse zu optimieren.

● Quantencomputer

In Quantencomputer werden große Hoffnungen gesetzt. Sie sollen eine viel größere Rechenleistung als herkömmliche Computer bieten. Das beruht auf den in Quantencomputern verwendeten Qubits, welche im Gegensatz zu Bits nicht nur zwei verschiedene Zustände annehmen, sondern aufgrund von Überlagerung auch alle dazwischen liegenden Zustände gleichzeitig erreichen. Zudem sind Quanten „verschränkt“  also miteinander verbunden. Deshalb können Quantencomputer um einiges schneller sehr viele Rechnungen parallel ausführen, für die herkömmliche Superrechner viel länger benötigen. Auch das Durchsuchen von Datenbanken wird dadurch beschleunigt. Demgegenüber stehen die technischen Herausforderungen, welche sich aus der Schwierigkeit, die neuen Technologien zu programmieren und der Empfindlichkeit der Quanten ergeben. Deshalb können sie bisher nur bei sehr spezifischen Problemen weiterhelfen.

● Quantenmesstechnik

Quantensysteme reagieren sehr sensibel auf Umwelteinflüsse wie Temperatur oder elektromagnetische Felder, weshalb ihr Quantenzustand leicht zu zerstören ist. Das macht sie jedoch besonders geeignet als Messgerät, da Quantensysteme präzise vor allem schwer nachweisbare physikalische Größen messen können. Beispielsweise besteht die Hoffnung, dass durch Quantentechnologien die medizinische Diagnostik oder auch Navigation verbessert werden könnte. 

● Quanteninternet

Darunter versteht man den Zusammenschluss von mehreren Quantencomputern zu einem Netzwerk unter Nutzung von Quanteneffekten wie der Verschränkung von Qubits. Dadurch kann eine abhörsichere Kommunikation zwischen den Computern ermöglicht werden. Solche Netzwerke sollen außerdem die Rechenleistung der Computer weiter erhöhen. Eine Herausforderung der Vernetzung stellt die Überbrückung großer Entfernungen dar. Die Entwicklung eines globales Netzwerks – dem Quanteninternet – ist daher „Zukunftsmusik“.

● Quantenkryptografie

Durch Quantentechnologien könnte ein abhörsicheres Kommunikationssystem geschaffen werden, indem man Daten auf physikalischer statt mathematischer Basis verschlüsselt. Gleichzeitig wird die Gefahr gesehen, dass durch die enorme Rechenleistung von Quantencomputern als „sicher“ abgespeicherte Daten entschlüsselt werden könnten, beispielsweise Online-Banking Passwörter.

● Quantensimulation

Ein Vorteil der hohen parallelen Rechenleistung von Quantencomputern ist die Verarbeitung von großen Mengen an Informationen. Dadurch können Simulationen von komplexen Quantensystemen, wie zum Beispiel das Verhalten von Biomolekülen, verbessert werden. Das wäre beispielsweise auch nützlich für die Verkehrsplanung oder genauere Vorhersagen von Wetterereignissen.