Quantenphysik ist das, was ich eine „religiöse Wissenschaft“ nenne. Eine Wissenschaft, die uns in direkten Kontakt mit der Fremdheit und Größe des Universums bringt. Sie stellt uns direkt an die Grenze zwischen dem Wissbaren und dem Unwissbaren.
Sie ist auch eine „nützliche Wissenschaft“. Sie verspricht Technologien, die Branchen im Milliarden- oder Billionenbereich schaffen werden.
Was „Quanten“ bedeutet
Quanten bedeutet „in Teilen“. Als Wissenschaftler:innen begannen, mit winzigen Dingen wie Elektronen und Photonen zu arbeiten, beobachteten sie unintuitive Verhaltensweisen, die sie „Quanten“-Verhaltensweisen nannten. Diese Verhaltensweisen passten nicht in das bisherige Weltmodell.
Unser altes Modell besagt etwa, dass Objekte wohldefinierte Eigenschaften wie eine Position haben und wir diese Position jederzeit messen können. Wir stellten jedoch fest, dass Elektronen sich nicht so verhalten. Sie verhalten sich, als hätten sie gar keinen festen Ort. Sie können weitreichende Effekte haben, die belegen, dass sie sich eher wie eine Wolke als ein Teilchen verhalten. Wissenschaftler prägten dafür den Begriff Superposition, weil das Konzept über eine „Position“ hinausgeht.
In den nächsten 50 Jahren bauten Wissenschaftler:innen diese Beobachtungen in ein völlig neues Modell des Universums ein. Dieses Modell ist eigentlich nachsichtiger, sodass es Dinge zulässt, die wir für unmöglich hielten. Etwa, dass Elektronen und Photonen nicht zwingend einen definierten Ort, eine Orientierung oder Geschwindigkeit haben müssen.
Dieses neue Modell erwies sich als deutlich genauer als das alte.
Quanten haben die Physik seitdem dominiert. Auf der größten Physikkonferenz der Welt, dem APS Global Physics Summit 2025, hatten über 75 % der Aussteller einen Bezug zu Quanten.
Was Quanten ermöglicht
Jetzt tragen 100 Jahre Fortschritt in der Quantenmechanik Früchte. Neue Quantentechnologien erreichen den Markt und sprengen viele Annahmen, die wir über die Welt hatten. Hier sind einige Beispiele.
Mikroskope
Wir nahmen an, es gäbe eine Grenze für das kleinste Objekt, das wir mit normalem Licht sehen können. Ernst Abbe nannte dies die Beugungsgrenze. Um Kleineres zu sehen, mussten wir Elektronenmikroskope erfinden, und selbst diese haben eigene Grenzen.
Wir wissen heute, dass diese Grenze nicht gilt, wenn wir einzelne Photonen kontrollieren können. Die Erfindung der Photographie mit verschränkten Photonen hat Anwendungen in der biologischen Bildgebung und mehr. [cite]
Computer
Wir nahmen an, dass es keine Möglichkeit gibt, große Zahlen zu faktorisieren. Tatsächlich haben wir unsere moderne Kryptografie auf dieser Annahme aufgebaut.
Wir wissen heute, dass Computer auf Basis von Elektronenspins statt Spannungen voraussichtlich große Zahlen mit Leichtigkeit faktorisieren können.
Fertigung
Es galt als unmöglich, bestimmte Arten von Molekülen herzustellen, weil sie nicht durch natürliche Reaktionen entstehen können.
Die Quantenfertigung erlaubt es uns jedoch, Atome an genau die richtigen Stellen zu setzen und Chemikalien zu schaffen, von denen wir nie zu träumen wagten!
Drei grundlegende Konzepte
Quanten haben nur drei grundlegende Konzepte:
- Messung
- Superposition
- Verschränkung
In den folgenden Anleitungen erfahren Sie jedes dieser fundamentalen Konzepte im Detail.