Quantentechnologie: Zukunftweisende Präzision

Die Quantentechnologie öffnet die Tür zu einem neuen Zeitalter. Nachdem die Photonikbranche die Wechselwirkung von Licht und Materie binnen 40 Jahren auf breiter Front nutzbar gemacht – und so rasante Innovationen in Industrie, Medizin, Kommunikation und Forschung angestoßen hat, setzt sie diesen Erfolgsweg nun im Mikro- und Nanokosmos fort. Lag Lasertechnik, Sensorik und Bildgebung bisher die Kontrolle von Photonen auf der Makroebene zugrunde, geht es in der Quantentechnologie um die Mess- und Kontrollierbarkeit einzelner Lichtquanten. Das nötige Instrumentarium dafür entwickeln und fertigen Aussteller der LASER World of PHOTONICS in Form höchst präziser Strahlquellen, Polarisatoren, optischer Resonatoren, Photonenzähler, Frequenzkämme, von Vakuum- und Tieftemperaturtechnik oder auch Atom- und Ionenfallen.

So schaffen sie die Grundlage für schnelle Transfers der Quantentechnologien in industrielle und medizinische Anwendungen. Wo selbst Magnetfelder und dynamische Effekte auf Ebene der Elementarteilchen – darunter Photonen und Elektronen – mess- und steuerbar werden, eröffnen sich ungeahnte Potenziale in der Computertechnik, der digitalen Kommunikation, medizinischen Diagnostik, Materialforschung, Navigation und im Klima- oder Katastrophenschutz. Regierungen weltweit haben das erkannt und lenken heute Fördergelder in Milliardenhöhe in das Zukunftsfeld Quantentechnologie.

Messen, was bisher unmessbar war

Besonders vielversprechend ist die Entwicklung in der Quantensensorik und im Quantenimaging. In nie gekannter Präzision machen diese Forschungsrichtungen bisher Unsichtbares sichtbar. Mediziner können mutiertes Gewebe und Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems früher diagnostizieren und eingrenzen. Schonende Verfahren zur rein optischen Beobachtung von Zellstoffwechselprozessen und Gehirnfunktionen lebender Patienten haben das Potenzial, unser Verständnis von Krankheiten entscheidend zu vertiefen - und so präventiven Therapieansätzen den Weg zu ebnen. Neben Medizinern hoffen auch Material- und Medikamentenentwickler, Klima- und Weltraumforscher sowie Geologen auf eine Sensorik und Bildgebung, die um Größenordnungen präzisere Ergebnisse liefert als bisherige Systeme. So gelten ihnen etwa ultragenaue Atomuhren und Beschleunigungssensoren als Basis neuartiger Navigationstechnik. Quantenimaging soll verborgene Materialschäden im Frühstadium aufdecken. Und sogar präzise Vorhersagen von Vulkanausbrüchen, Erdbeben oder Tsunamis rücken in greifbare Nähe, wo es mithilfe quantenbasierter Gravitationsmesssysteme gelingt, unsichtbare geologische Prozesse im Erdinneren sichtbar zu machen.

Eine neue Ära der Informations- und Kommunikationstechnik

Konkret sind auch die Fortschritte im Bereich Quantencomputing und Quantenkommunikation. Erste Supercomputer auf Basis von Qubits statt Bits stehen an der Schwelle zur Marktreife und versprechen exponentielle Zuwächse an Rechenleistung. Damit lassen sich auch hochkomplexe Simulationen parallelisieren – was die Finanz- und Logistikbranche ebenso hellhörig werden lässt wie Pharma- und Chemieforscher oder Automobilhersteller. Denn sie alle könnten mithilfe der Hochleistungs-Quantencomputer in Zukunft hochkomplexe Innovationsprozesse beschleunigen: Es geht z.B um

  • virtualisiertes Wirkstoff-Matching für neue Medikamente,
  • quantenchemische Materialsimulationen für neuartige Energiespeicher,
  • die Optimierung logistischer Prozesse oder des Hochfrequenzhandels an Börsen und um
  • die Simulation des komplexen Verkehrsgeschehens für die Entwicklung autonomer Automobile.

Wo große Mengen an sensiblen Daten verarbeitet werden, steht natürlich auch die IT-Security auf der Agenda. Und auch hier weist die Quantentechnologie den Weg in eine völlig neue Welt. In China und in der EU sind erste Teilstücke eines Quanteninternets im Aufbau. Über das Phänomen der Quantenverschränkung – also der untrennbaren Verbindung zwischen zwei Zwillingsphotonen – gelingt es, Daten darin absolut angriffs- und abhörsicher zu versenden. Jeder Versuch, quantenverschlüsselte Daten zu hacken, führt zum Verfall der Quantenverschränkung und ist sicher nachweisbar. Nach China forciert aktuell auch die EU diese Technologie und wird voraussichtlich 2022 einen ersten Quantenverschlüsselungssatelliten ins All schicken.

Quantentechnologien – die nächste Revolution

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In der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB) wird aktuell an der genauesten Uhr der Welt geforscht. Prof. Piet Schmidt gewährt Einblicke in die tägliche Forschungsarbeit und die Visionen der Quantentechnologie im Bereich Photonik. Auch auf der LASER World of PHOTONICS 2019 in München wird es spannende Rahmenprogrammpunkte zu diesem Megatrend geben.

Neuer Ausstellungsschwerpunkt auf der LASER

Die LASER World of PHOTONICS 2021 wird den optischen Quantentechnologien erstmals eine eigene Ausstellungsplattform bieten und lädt die Unternehmen ein, ihre Innovationen und Entwicklungsaktivitäten zu präsentieren. Gezielt dafür hat die LASER ihre Nomenklatur erweitert.

Die neuen Oberpunkte sind:

  • Lasersysteme für die Quantentechnologie
  • Mess- und Analysesysteme für optische Größen
  • Quantencomputing und Quantenkommunikation
  • Quantensensorik und Quantenbildgebung

Auch im Rahmenprogramm der Messe werden die Applikationen, die die Quantentechnologien ermöglichen, eine wichtige Rolle spielen. Im parallel stattfindenden World of Photonics Congress werden die neuesten Erkenntnisse der quantenphysikalischen Grundlagenforschung diskutiert. Seien Sie mit dabei, wenn die LASER World of PHOTONICS und der World of Photonics Congress im Juni 2021 die wichtigsten Akteure der globalen Quantenforschung und bedeutenden Enabler der industriellen Anwendungen in München versammelt.

Die LASER World of PHOTONICS und der World of Photonics Congress bringen die wichtigsten Akteure der globalen Quantenforschung und bedeutende Enabler der industriellen Anwendung alle zwei Jahre in München zusammen. Der fortlaufende Austausch zwischen Forschung und industriellen Innovatoren ist der Schlüssel, um neue Erkenntnisse der quantenphysikalischen Grundlagenforschung und Weiterentwicklungen im Bereich der photonischen Building-Blocks schnell in erfolgreiche Produkte und zukunftsweisende Lösungen zu übersetzen.