Die Quantentechnologie ist ein neues Gebiet der Ingenieurwissenschaften, das die spezifischen Eigenschaften und Freiheitsgrade der Quantenmechanik nutzt. Dazu gehören diskrete Energieniveaus, Zustandsüberlagerung, Quantenverschränkung oder der Tunneleffekt. «Die hier entwickelten oder noch zu entwickelnden Technologien werden mit Begriffen wie Quanteninformatik und Quantencomputer, Quantensensoren und -metrologie, Quantenkryptographie und -kommunikation sowie Quantensimulation beschrieben», heisst es im Wikipedia-Eintrag.

Es ist nicht einfach, die Welt der Quanten zu verstehen. Denn viele der uns bekannten physikalischen Gesetze gelten dort nicht. Was man aber wissen sollte: Es gibt Lichtteilchen und die können sich in mehreren Zuständen gleichzeitig befinden. Das ist schwierig zu verstehen, wenn man sich das Binäre denken gewohnt ist. Die Lichtteilchen können zudem über weite Entfernungen eine Verbindung herstellen. Soweit alles klar?

Die Quantentechnologie ist ein interdisziplinäres Gebiet, das verschiedene Bereiche der Wissenschaft und Technologie umfasst. Es verbindet Elemente aus der Physik, der Informatik, der Mathematik und anderen Bereichen, um die Eigenschaften und Anwendungen von Quantensystemen zu erforschen und zu nutzen.

Einige der wichtigsten Gebiete, die von der Quantentechnologie umfasst werden, sind:

Quantenphysik: Die Quantenphysik ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit den Eigenschaften von Quantensystemen befasst. Sie erforscht die grundlegenden Gesetze und Regeln, die für die Verhaltensweisen von Quantensystemen gelten, wie zum Beispiel die Unschärferelation und der Quantenparadoxon.

Quantencomputing: Der Quantencomputer ist ein computergestütztes Gerät, das auf Quantenphysik basiert und in der Lage ist, komplexe Aufgaben schneller und effizienter zu lösen als herkömmliche Computer. Der Quantencomputer nutzt die Eigenschaften von Quantenbits (Qubits), um parallel und kontrolliert Berechnungen durchzuführen.

Quantenkommunikation: Die Quantenkommunikation ist ein Teilgebiet der Informationstechnologie, das sich mit der Übertragung von Informationen mithilfe von Quantensystemen befasst. Sie erforscht die Möglichkeiten, wie man Quantenbits (Qubits) verwenden kann, um sichere und zuverlässige Kommunikation zu ermöglichen.

Quantensimulation: Die Quantensimulation ist ein Teilgebiet der Computerwissenschaft, das sich mit der Verwendung von computergestützten Simulationen, um das Verhalten von Quantensystemen zu untersuchen und zu verstehen. Durch die Quantensimulation können wichtige Eigenschaften und Verhaltensweisen von Quantensystemen untersucht und verstanden werden. Die Quantensimulation ermöglicht es, komplexe Quantensysteme und -prozesse auf computergestützten Simulationen zu modellieren und zu analysieren. Dies kann dazu beitragen, neue Erkenntnisse und Anwendungen für die Quantentechnologie zu entwickeln und die Effektivität von Quantenalgorithmen und -protokollen zu verbessern.

Quantenchemie: Die Quantenchemie ist ein Teilgebiet der Chemie, das sich mit der Anwendung von Quantenphysik auf chemische Prozesse und Strukturen befasst. Die Quantenchemie ermöglicht es, komplexe molekulare Systeme und Reaktionen auf molekularer Ebene zu untersuchen und zu verstehen.

Quantenmetrologie: Die Quantenmetrologie ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit der Entwicklung und Anwendung von Quantenverfahren zur Messung von Größen befasst. Die Quantenmetrologie nutzt die Eigenschaften von Quantensystemen, um Genauigkeit und Empfindlichkeit von Messungen zu verbessern.

Quantenoptik: Die Quantenoptik ist ein Teilgebiet der Optik, das sich mit der Anwendung von Quantenphysik auf Licht und elektromagnetische Felder befasst. Die Quantenoptik erforscht die grundlegenden Eigenschaften von Licht auf quantenphysikalischer Ebene und ihre Anwendungen in der Technologie.

Quanteninformationstheorie: Die Quanteninformationstheorie ist ein Teilgebiet der Mathematik und Informatik, das sich mit der Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Informationen mithilfe von Quantensystemen befasst. Die Quanteninformationstheorie untersucht die Möglichkeiten und Grenzen von Quantencomputing und Quantenkommunikation.

Die Industrie könnte von der Quantentechnologie profitieren, indem sie neue und möglicherweise leistungsfähigere Computer und Sensoren entwickelt. Die Quantentechnologie könnte auch dazu beitragen, die Sicherheit von Daten zu verbessern und neue Möglichkeiten für die Simulation und Berechnung komplexer Systeme zu eröffnen. Allerdings ist die Quantentechnologie immer noch ein sehr junges und sich entwickelndes Gebiet, und es bleibt abzuwarten, inwieweit sie tatsächlich von der Industrie angenommen und genutzt wird. Allerdings gibt es bereits vielversprechende Fallbeispiele aus der Industrie, die zeigen, dass der Einsatz besonders von Quantencomputern neuartige Einsichten ergaben. Unsere Artikel rund um uptownBasel werden immer wieder solche Fallbeispiele zeigen.

Es gibt eine Reihe von Unternehmen, die sich mit Quantencomputing befassen, darunter IBM, Google, Microsoft, Intel und Rigetti Computing. Diese Unternehmen entwickeln sowohl hardware- als auch softwarebasierte Lösungen für Quantencomputer und arbeiten daran, die Technologie für verschiedene Anwendungen und Branchen nutzbar zu machen. Es gibt jedoch auch viele kleinere Start-ups und forschungsorientierte Organisationen, die an Quantencomputing-Technologien arbeiten.

IBM hat unter anderem mehrere Quantencomputer, die unter dem Namen IBM Q bekannt sind. Diese Computer ermöglichen Benutzern, experimentelle Quantenalgorithmen auszuführen und zu erforschen, wie sich Quantencomputing-Technologien für verschiedene Anwendungen nutzen lassen. Gegenwärtig sind die IBM Q-Computer noch nicht leistungsfähig genug, um komplexe reale Anwendungsfälle zu bewältigen, aber sie bieten eine Plattform für die Erforschung und Entwicklung von Quantencomputing-Technologien.

Ein Quantencomputer ist ein Computer, der auf den Gesetzen der Quantenphysik basiert und in der Lage ist, bestimmte Arten von Berechnungen schneller und effizienter durchzuführen als ein herkömmlicher Computer. Diese Fähigkeit macht Quantencomputer zu einem vielversprechenden Werkzeug für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter die Simulation von Molekülen und Materialien, die Verbesserung von künstlicher Intelligenz und die Berechnung von Kryptografie-Schlüsseln.

Quantencomputer funktionieren anders als herkömmliche Computer. Statt Bits, die entweder die Zahl 0 oder 1 annehmen können, verwenden sie Quantenbits oder Qubits, die gleichzeitig 0 und 1 sein können. Diese Eigenschaft, die als Quantenparallelismus bezeichnet wird, ermöglicht es Quantencomputern, viele Berechnungen gleichzeitig durchzuführen, was ihre Geschwindigkeit und Effizienz verbessert.

Obwohl Quantencomputer immer noch in den Anfangsstadien ihrer Entwicklung sind und es noch einige Herausforderungen gibt, die es zu überwinden gilt, wird erwartet, dass sie in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Lösung komplexer Probleme spielen werden.

Die Simulation von Molekülen und Materialien: Quantencomputer können verwendet werden, um die Eigenschaften von Molekülen und Materialien zu simulieren, was für die chemische und materialwissenschaftliche Forschung von grossem Interesse sein könnte.

Verbesserung der künstlichen Intelligenz: Quantencomputer könnten verwendet werden, um die Leistung von künstlicher Intelligenz zu verbessern und ihr die Fähigkeit zu geben, komplexere Probleme zu lösen.

Berechnung von Kryptografie-Schlüsseln: Quantencomputer können verwendet werden, um kryptografische Schlüssel schneller zu berechnen und somit die Sicherheit von verschlüsselten Nachrichten und Daten zu erhöhen.

Optimierung von Logistik- und Verkehrsproblemen: Quantencomputer können verwendet werden, um komplexe Logistik- und Verkehrsprobleme zu lösen, wie zum Beispiel das Finden von optimalen Routen für Lieferungen oder das Vermeiden von Staus.

«Die Schweiz befindet sich in einer herausragenden Position für die Etablierung eines florierenden Quantentechnologie-Ökosystems. Zum jetzigen Zeitpunkt liegen die grössten Herausforderungen in den frühen Stadien des Wissens- und Technologietransfers. Dafür gibt es zwei Gründe. Zum einen befinden sich einige der möglichen Anwendungen der Quantentechnologie in einem frühen Entwicklungsstadium. Dieser Umstand erschwert es Start-up-Unternehmen, private Investoren zu finden, die bereit sind, in die Entwicklung neuer Anwendungen zu investieren. Zum anderen scheint das Wissen über Quantentechnologie unter möglichen Risikokapitalgebern in der Schweiz nicht sehr ausgeprägt zu sein. Eine intensivere Koordination zwischen Forschungsinstitutionen, Start-up- Unternehmen, potenziellen Risikokapitalgebern sowie etablierten Industriezweigen, die von zukünftigen Entwicklungen der Quantentechnologie betroffen sein könnten, stellt zum jetzigen Zeitpunkt eine der dringendsten Notwendigkeiten dar.» (Zitiert aus dem White Paper: Quantentechnologie in der Schweiz vom Schweizerischen Wissenschaftsrat, 2020)