Es ist das teils magisch anmutende Verhalten der Materie im Größenbereich der Atome und ihrer Bestandteile: Anfangs wirkte die Quantenwelt wie eine entrückte Spielwiese für Grundlagenforscher. Doch dann zeichnete sich das enorme technische Potenzial der Quantenmechanik ab und es wurden bereits erstaunliche Anwendungen im Bereich der Laser- und Computertechnologie hervorgebracht. Im Fokus der zweiteiligen Titelgeschichte „Das Quanteninternet“ steht nun die Entwicklung eines neuartigen Kommunikationsmediums auf der Basis von Quanten-Effekten, das vor allem Datenklau verhindern könnte.
Im ersten Artikel berichtet der bdw-Redakteur Ralf Butscher von seinen Eindrücken bei einem Besuch in den Labors eines der weltweiten Hotspots der Entwicklung der Quantentechnologie: dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching. Wie er erklärt, ist der Schlüssel bei der Entwicklung eines Quanteninternets die Möglichkeit, Atome und Photonen zu verschränken. Der Autor und die Experten verdeutlichen zunächst, was es mit dieser geradezu magisch wirkenden Verbindung zwischen Quantenobjekten auf sich hat. Unabhängig von der Distanz bleibt dabei ihre Verknüpfung bestehen und bietet damit eine spezielle Möglichkeit zur Informationsübertagung.
Phänomen mit technischem Potenzial
Was die im Gegensatz zur herkömmlichen Datenvermittlung überlegene Abhörsicherheit betrifft, ist die feste Abhängigkeit der verschränkten Teilchenpaare der Knackpunkt. Butscher erklärt, warum durch dieses System jeder unbefugte Griff auf die Daten durch Dritte sofort auffallen würde. Wie die Einblicke in die komplexen Systeme in den Max-Planck-Forschungslabors verdeutlichen, gibt es bereits vielversprechende Fortschritte auf dem Weg zu einer Nutzung des Konzepts zu verzeichnen: Erste Quantennetzwerke wurden bereits realisiert. Dennoch steckt die Technik noch in den Kinderschuhen. Für eine praxistaugliche Verbindung von Quantensystemen muss erst noch für mehr Reichweite und Robustheit gesorgt werden, geht aus dem Artikel „Abenteuer Quanteninternet“ hervor.
Im zweiten Artikel des Titelthemas wirft Butscher einen Blick auf die Forschungsgeschichte sowie die wissenschaftlichen Durchbrüche auf dem Gebiet der Quantenmechanik. Um Phänomene im Mikrokosmos zu beschreiben, haben Physiker dieses Konzept schon vor rund 100 Jahren eingeführt. Der Autor berichtet, wie einige Aspekte dieses physikalischen Theoriegebäudes selbst den Urhebern – einschließlich Albert Einstein – so skurril erschienen, dass sie deren Existenz nur schwer akzeptieren konnten. Das galt vor allem für die Verschränkung von Teilchen.
Doch dann klärte sich der Blick auf das Thema mehr und mehr. Dies gipfelte im Physiknobelpreis 2022: Drei Wissenschaftler wurden für ihre Errungenschaften auf dem Gebiet der Quantenmechanik ausgezeichnet. Über ihre ausgeklügelten Experimente, die das Fundament zur Entwicklung von Quantentechnologien wie dem Quanteninternet gelegt haben, berichtet Butscher im Artikel „Pioniere im Quantenkosmos“.
