„Wir alle nutzen die Quantenwelt jeden Tag“
Der Physiker Werner Heisenberg veröffentlichte im Jahr 1925 eine bahnbrechende Arbeit, in der er die Quantenmechanik, die sich mit der Physik im atomaren und subatomaren Bereich befasst, mathematisch beschrieb. 100 Jahre später feiern die Vereinten Nationen, die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) und physikalische Vereinigungen weltweit dieses Jubiläum mit dem „Internationalen Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie“. Der münstersche Quantenphysiker Prof. Dr. Carsten Schuck erklärt im Interview mit Christina Hoppenbrock, warum die klassische Physik nicht ausreicht, um die Welt zu verstehen.
Die Quantenphysik erlaubt es uns, beobachtbare Phänomene wie die Spektren von Atomen oder den Welle-Teilchen-Dualismus zu erklären, an deren Beschreibung die klassische Physik scheitert. Wenn Sie verstehen wollen, wie ein Laser funktioniert, reicht die klassische Physik nicht mehr aus und Sie müssen auf Konzepte der Quantenphysik zurückgreifen.
Inwiefern spielt die Quantenwelt eine Rolle in unserem Alltag?
Sie ist eine fundamentale Grundlage der beobachtbaren Natur. Wenn Sie sich die Natur auf sehr kleinen Skalen ansehen, also zum Beispiel auf dem Niveau einzelner Atome, Elektronen und Photonen, werden Sie feststellen, dass Quanteneffekte sehr stark ausgeprägt sind. In unserer makroskopischen Alltagswelt dagegen reicht die klassische Physik vollkommen aus, um zu erklären, wie ein Apfel vom Baum fällt, denn Quanteneffekte sind meist verschwindend klein und für uns kaum erfahrbar. Trotzdem nutzen wir alle die Quantenwelt jeden Tag, oft stundenlang. Nur der vorher angesprochene Laser erlaubt es heute, Informationen über das Internet auszutauschen. Nur Atomuhren ermöglichen die Navigation mittels GPS-Signalen, und auch die Chips in Computern und Mobiltelefonen funktionieren nur, weil wir gelernt haben, Quanteneffekte geschickt einzusetzen.
Können die Quantentechnologien helfen, gesellschaftliche Probleme zu lösen?
Die Quantentechnologien sind historisch gesehen eine noch sehr junge Entwicklung, bei der Quantensysteme wie Atome, Photonen oder supraleitende Schaltkreise so gut kontrolliert werden sollen, dass man Informationen in speziellen Quantenzuständen codieren kann. Das hat gravierende Konsequenzen für die Verarbeitung und den Austausch von Informationen und für die Frage, welche Informationen man aus Messungen ziehen kann. Große Hoffnungen ruhen auf der Entwicklung von Quantencomputern, die nach derzeitigem Kenntnisstand einige wenige mathematische Probleme dramatisch schneller berechnen könnten als derzeit gebräuchliche ‚klassische‘ Computer. Noch nicht abzusehen ist, wie sich diese Quantencomputer in relevanter Größe technologisch realisieren lassen und welche gesellschaftlichen Probleme sich auf die mathematischen Probleme zurückführen lassen, die Quantencomputer besonders schnell lösen können. Jedoch gibt es weltweit enorme Anstrengungen, solche Computer zu bauen, da man sich Fortschritte bei Optimierungsproblemen, der Medikamentenentwicklung, den Materialwissenschaften oder Klimaberechnungen erhofft.
Was fasziniert Sie an Ihrer Arbeit in der Quantentechnologie?
Vor allem begeistert mich, die in der Regel verborgenen Eigenschaften von Quantensystemen zu kontrollieren und für eine sinnvolle Anwendung nutzbar zu machen. Besonders interessant sind dabei vor allem Anwendungen, für die allein die Quantentechnologie Lösungen anbietet. Derzeitige klassische Computer, Netzwerke oder Sensoren werden niemals in der Lage sein, etwas auch nur annähernd Vergleichbares zu erreichen.
Dieser Artikel stammt aus der Unizeitung wissen|leben Nr. 2, 2. April 2025.
An der Universität und in der Stadt Münster gibt es im Quantenjahr ein Programm mit Vorträgen, Workshops und Konzerten für verschiedene Altersstufen: Die Kinder- und Jugend-Uni der Universität Münster (Q.UNI) und das Schülerlabor „MExLab Physik“ bieten das gesamte Jahr über interaktive Veranstaltungen und Mitmachangebote für Schülerinnen und Schüler an. Bei Instagram (@frag_sophie) präsentiert die Arbeitsstelle Forschungstransfer (AFO) berühmte „Quantenköpfe“ zum Themenfokus #quantum100. Der Fachbereich Physik lädt interessierte Bürgerinnen und Bürger zur öffentlichen Vortragsreihe „Physik zur Mittagszeit“ ein, bei der sich alles um das Thema Quantenphysik dreht. Den Auftakt macht am 12. April, 12 Uhr, Prof. Dr. Gernot Münster mit einem Vortrag zur Geschichte der Quantenphysik (Fürstenberghaus, Hörsaal F 2, Domplatz 20–22). Save the date: Am 15. November findet ganztägig die Abschlussveranstaltung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) in der Halle Münsterland statt.