quantumtechnologie

Quantentechnologie, im Englischen quantum technology, bezeichnet die Nutzung quantenmechanischer Phänomene wie Überlagerung und Verschränkung zur Verarbeitung, Übertragung und Messung von Informationen. Sie umfasst Bereiche wie Quantencomputing, Quantenkommunikation, Quantenmessung (Sensorik) und Quanten-Simulation.

Quantencomputing verwendet Quantenbits, die gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren. Durch Überlagerung und Verschränkung können bestimmte Aufgaben potenziell schneller gelöst werden als mit klassischen Computern. Derzeit existieren keine allgemeine, fehlerresistente Quantenmaschine; der Stand ist überwiegend in Prototypen. Zu den dominanten Architekturen zählen supraleitende Qubits, Ionenfallen und Photonenqubits. Wichtige Herausforderungen sind Fehlerraten, Dekohärenz und Skalierbarkeit. Anwendungen reichen von Kryptographie über Materialforschung bis hin zu Medikamentenentwicklung und Optimierung.

Quantenkommunikation zielt auf abhörsichere Übertragung durch Quanten-Schlüsselverteilung (QKD) und den Aufbau von Quanten-Netzwerken. Lange Strecken erfordern Quanten-Repeater oder ähnliche Technologien, um Verluste zu kompensieren. Anwendungen liegen derzeit vor allem in sicherer Kommunikation und Grundlagenforschung.

Quantenmessung oder Quantum Sensing nutzt quantenmechanische Zustände, um Messungen mit höherer Präzision zu ermöglichen. Beispiele sind magnetische Feldmessungen, Uhrstandards und Gravimetrie. Technologien umfassen NV-Zentren in Diamant, Atomuhren und hochpräzise Magnetometer.

Quanten-Simulation dient zur Modellierung komplexer Quantensysteme in Chemie, Materialwissenschaften und Physik, wodurch neue Materialien oder Reaktionspfade besser verstanden werden können.

Forschungslandschaft: Weltweit investieren Universitäten, Forschungsinstitute und Industrie in Grundlagen und Anwendungen. Fortschritte erfordern fortschrittliche Fehlerkorrektur, Standardisierung und kosteneffiziente Fertigung.