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Nobelpreis 2025: Verstehen wir Quantenphysik wirklich? [Ganze Doku] | Terra X Harald Lesch

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Transkriptautomatisch erstellt · 188 Zeilen
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  1. Können Sie sich eine Welt im Allerkleinsten vorstellen? Eine Welt, die so ganz anders ist alsunsere?
  2. Machen wir eine Reise in eine völlig neue Dimension. Diese Figur hier ist weniger als 20 Millimeter groß.
  3. Tausendmal kleiner als ein Millimeter ist ein Mikrometer. Das ist das Reich der Bakterien.
  4. Noch tausendmal kleiner als ein Nanometer, dann erreicht man die Welt der Moleküle. Und noch zehnmal kleiner, dann erreicht man die Quantenwelt.
  5. Aber das wirkliche technische Potential der Quantenphysik können wir immer noch erst nur erahnen. In naher Zukunft wird es Anwendungen geben, die unser Leben grundlegend verändern könnten.
  6. Und ganz aktuell, es könnte sein, dass in Zukunft ein Blutstropfen ausreicht, um unseren Gesundheitszustand so umfassend zu analysieren,
  7. dass man passgenaue Behandlungen entwickeln könnte. Darüber spreche ich später mit einem Nobelpreisträger, der diese Technik entwickelt.
  8. Tja, und dann gibt es ja noch das Vorurteil, dass eben Quantenmechanik so kompliziert und so abgehoben ist und nur von wenigen Expertinnen und Experten wirklich verstanden werden kann.
  9. Aber das stimmt nicht. Willkommen in der Quantenwelt.
  10. Unsere Verkehrsmittel, die Architektur mit modernen Materialien, Handys, Computer, Photovoltaik und Hightech-Medizin.
  11. All diese Technologien, die uns im Alltag begleiten, beruhen auf Quantenphysik. Vor rund 100 Jahren sah die Welt der Technik noch ganz anders aus.
  12. In 2025 feiern wir den 100. Geburtstag der Quantenphysik. Ihr zu Ehren haben die Vereinten Nationen dieses Jahr zum Jubiläumsjahr
  13. der Quantenwissenschaft und Quantentechnologie ernannt. Die Geburt der Quantentheorie unterscheidet sich von anderen Meilensteinen der Physik.
  14. Während die beiden Relativitätstheorien von Einstein im Alleingang entwickelt wurden, hatten viele kluge Köpfe über 20 Jahre sich Gedanken darüber gemacht,
  15. wie könnte eine Theorie der Materie aussehen. Begeben wir uns in die Welt des Jahres 1900.
  16. Als alles seinen Anfang nahm. Vor 1900, im Zeitalter der Industrialisierung, war Technik
  17. durch große Maschinen und komplexe Mechanik gekennzeichnet. Doch dann beginnt das Zeitalter der Elektrizität und eine neue Welt entsteht.
  18. Das Bild der Städte verändert sich. Die Zeit der Pferdedroschken geht zu Ende.
  19. Elektrizität revolutioniert unsere Kommunikation. Mit der neuen Technik lassen sich große Entfernungen problemlos überbrücken.
  20. Zunehmend werden die alten Gaslampen durch elektrisches Licht ersetzt. Aber was hinter den elektrischen Effekten steckte, das wusste man nicht,
  21. obwohl man tagtäglich die Technologien und die Maschinen nutzte. Die großen Physiker wie Max Planck und Albert Einstein vermuteten,
  22. dass man in die Welt der kleinsten Teilchen, also zu den Atomen und Elektronen vorstoßen müsste, um die elektrischen Phänomene zu erklären.
  23. Aber wie? Das künstliche Licht, erzeugt durch Elektrizität,
  24. konfrontiert die Wissenschaft mit einer grundsätzlichen Frage. Was genau ist Licht überhaupt?
  25. Schon Anfang des 19. Jahrhunderts versuchte man, mit einem neuen Ansatz eine Antwort zu finden. Das Doppelspaltexperiment sollte Klarheit schaffen.
  26. Wenn Licht durch zwei Spalte fällt, wäre naheliegend, dass auf der Wand dahinter ebenfalls zwei Streifen erscheinen.
  27. Doch zu sehen sind mehrere Streifen. Warum?
  28. Wenn man hier auf den Wasserstrom blickt, dann sieht man im Prinzip das Gleiche wie beim Doppelspaltexperiment.
  29. Da, wo das Wasser in die Isar fließt, da treffen zwei Wellen aufeinander und überlagern sich. Na ja, und dann entstehen eben Wellenberge, wenn sie sich verstärken,
  30. oder wenn sie sich auslöschen, dann entstehen Wellentäler. Nimmt man an, dass sich auch Licht in Wellen ausbreitet, dann lässt sich das
  31. Streifenmuster beim Doppelspaltexperiment erklären. Licht besteht aus Wellen, die sich überlagern oder auslöschen, wenn sie aufeinandertreffen.
  32. Genauso wie die Wasserwellen. Doch die Charakterisierung des Lichts als Welle stößt an Grenzen, als man versucht,
  33. Besonderheiten des elektrischen Lichts zu verstehen. Die ersten Glühbirnen leuchten zum Beispiel nicht sehr hell.
  34. Das Licht war gelblich. Bekannt war bereits, je heißer ein Material wird, wie beispielsweise ein Glühdraht,
  35. desto schneller schwingen die Lichtwellen, die dabei ausgestrahlt werden. So verändert das Licht seine Farbe und wird heller.
  36. Doch bei den Messungen zeigt sich, dass im nicht sichtbaren Ultraviolettbereich die Helligkeit des Lichts trotz höherer Temperatur nicht weiter ansteigt, sondern sogar abnimmt.
  37. Die Wellentheorie passt nicht mehr. Mit den bekannten Gesetzen der Physik lässt sich das Phänomen Licht nicht erklären.
  38. Erst als der Münchner Physiker Max Planck sozusagen out of the box denkt, ist er auf der richtigen Spur.
  39. Was wäre, wenn das Licht keine Welle ist, sondern aus Paketen, den sogenannten Photonen, aufgebaut wäre?
  40. Mit dieser Annahme kann Max Planck um 1900 das Verhalten des Lichts im Ultraviolettbereich mathematisch erklären.
  41. Ein erster Hinweis darauf, dass Licht auch aus Teilchen aufgebaut sein könnte. Fünf Jahre später, 1905, bestätigt Einstein Max Plancks Überlegungen.
  42. Also, was denn jetzt mit dem Licht? Ist es eine Welle oder ist es ein Teilchen?
  43. Oder ist es beides? Was passiert denn in der Welt der Atome, in der Welt des Allerkleinsten?
  44. Damals stellte man sich Atome meist so vor: Eine Kugel mit geladenen Teilchen, den Elektronen im Innern wie ein Rosinenbrötchen.
  45. Um 1910 entsteht eine neue Theorie, laut der die Elektronen um den Atomkern herum kreisen, in großem Abstand, so ähnlich wie ein Planet um die Sonne.
  46. Also übertragen auf unsere normale Welt würde das bedeuten, wenn das der Atomkern ist, dieser kleine Kieselstein hier, dann würde das Elektron in einem Abstand
  47. von 150 Metern dahinten den Atomkern auf seiner Umlaufbahn umkreisen. 1913 stellte Niels Bohr, einer der großen Physiker seiner Zeit, fest, dass sich ein
  48. Elektron auf einer ganz genau definierten Umlaufbahn um den Kern bewegt. Nach Bohrs Überlegung kann das Elektron seine Umlaufbahn aber auch sprunghaft wechseln.
  49. Beim Übergang von einer Bahn zur anderen wird Strahlung abgegeben. Das Elektron kann sich so auf verschiedenen Bahnen bewegen,
  50. die aber immer einen bestimmten festgelegten Abstand zum Kern haben. So seine Theorie.
  51. Das Bohr'sche Atommodell wurde in den Wissenschaften heiß diskutiert. Aber es warf auch neue Fragen auf.
  52. Vor allen Dingen als man herausfand, dass Elektronen sich ähnlich wie Licht sowohl wie ein Teilchen als auch wie eine Welle verhalten können.
  53. Diese Erkenntnis führte später zu der Vorstellung, dass Elektronen sich in einer Art Wolke um den Kern bewegen. Jetzt wird's aber wirklich richtig spannend.
  54. Denn offenbar passiert in der Welt der Quanten etwas, was Menschen sich überhaupt nicht vorstellen können.
  55. Anfang der 1920er Jahre stoßen sehr junge Physikstudenten, darunter auch der ehrgeizige Werner Heisenberg aus München, zu den etablierten Professoren.
  56. Nach seinem Abschluss geht Heisenberg nach Kopenhagen ans Institut von Niels Bohr. Bohr diskutiert mit Heisenberg stundenlang über die Quantenwelt.
  57. 1925 reist der 23-jährige Heisenberg nach Helgoland. Hier in der rauen Natur löst er sich von allen Vergleichen zur alltäglichen Welt
  58. und damit auch von den Gesetzen der klassischen Physik. Heisenberg ist überzeugt, um die Quantenwelt zu verstehen, braucht es ein ganz neues Denken.
  59. Na, da sind wir ja endlich angekommen, in meiner Welt der Quanten. Werner Heisenberg versucht nicht mehr sich vorzustellen, wie die Welt der Atome in echt aussieht,
  60. also ob das Elektron ein Teilchen ist oder eine Welle. Für ihn geht es um einen unbestimmten Zustand,
  61. den ein Teilchen einnehmen kann, nämlich Teilchen und Welle. Man kann sich das klarmachen mit Hilfe einer Münze.
  62. Solange sie sich dreht, ist sie zugleich Kopf und Zahl. Die Münze ist also unbestimmt.
  63. Erst wenn sie fällt, ist ihr Zustand, wie hier Kopf, festgelegt. Heisenberg benutzt die abstrakten Prinzipien der Mathematik,
  64. um die Welt der Quanten zu beschreiben und berechenbar zu machen. Und im Juli 1925 ist es soweit:
  65. Werner Heisenberg veröffentlicht seine Theorie der Quantenmechanik. Er steigt damit in die erste Riege der Forschenden auf.
  66. Zusammen mit Persönlichkeiten wie Albert Einstein, Max Planck, Niels Bohr oder Marie Curie. Damals schon alle Nobelpreisträger.
  67. 1933 bekommt auch Heisenberg für seine Arbeit zur Begründung der Quantenmechanik den Nobelpreis für Physik verliehen.
  68. Die Wissenschaft ist in völlig neue Welten vorgestoßen. In den Mikrokosmos des Allerkleinsten.
  69. Eine Welt, die verrückt zu sein scheint. In der Dinge gleichzeitig zwei Zustände einnehmen können.
  70. Und das ist nur ein Beispiel von vielen neuen Regeln und Gesetzen, nach denen sich die Welt des Allerkleinsten verhält.
  71. Das neue Wissen löst eine Revolution in den Naturwissenschaften aus. In den folgenden 30 Jahren versteht man viel besser,
  72. wie Elemente miteinander reagieren und wie verschiedene Arten von Strahlung genutzt werden können. Computer und viele Analysegeräte hätten sich ohne diese Erkenntnisse gar nicht entwickeln lassen.
  73. Und der Laser? Erst mit dem Verständnis der Quanten können wir das Licht perfekt kontrollieren.
  74. Dafür manipuliert man Atome so, dass sie ein dicht gebündeltes, gleichmäßiges Licht abgeben. Mit Lasern lässt sich die Quantenwelt nun noch exakter und zielgerichteter untersuchen.
  75. Mit weitreichenden Folgen. Das Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München:
  76. Einer der weltweiten Hotspots der Quantenforschung. Hier experimentieren fünf Direktoren mit ihren Teams
  77. in ganz verschiedenen Bereichen der Quantenphysik. Dabei dringen sie immer wieder in Welten vor, die noch nie ein Mensch zuvor gesehen hat.
  78. Hier betreibt man Grundlagenforschung, die den Weg bereitet für neue Technologien. Computer, die mit nie erreichter Geschwindigkeit kommunizieren.
  79. Oder medizinische Diagnoseverfahren, von denen ich am Anfang der Sendung bereits sprach, die das Potenzial haben, die Medizin zu revolutionieren.
  80. Für einen Physiker ist es bereits ein enormer Erfolg, wenn er es im Laufe seiner Karriere auf zwei bis drei Titelseiten eines großen Forschungsjournals wie Nature schafft.
  81. Der Mann, den ich jetzt treffe, der hat es mit seiner Arbeit und der Arbeit seines Teams auf über 20 Titelseiten geschafft.
  82. Und 2023 hat er den Physik-Nobelpreis erhalten. Professor Ferenc Krausz.
  83. Er bekam die Auszeichnung gemeinsam mit Anne L'Huillier und Pierre Agostini für die erstmalige Erzeugung ultrakurzer Laserpulse.
  84. Ach ja, und sein Büro liegt direkt neben dem Büro eines anderen Nobelpreisträgers. Was für eine Nachbarschaft!
  85. [HL] Wow! [FK] Fantastisch!
  86. [HL] Schön, dass das klappt! Hallo mein Lieber! Das ist ja eine großartige ... Porträtgalerie.
  87. Professor Krausz erhielt den Nobelpreis für den Vorstoß in eine neue Zeitdimension. Den Attosekundenbereich.
  88. Solche extreme kleine Zeiteinheiten lassen sich kaum vorstellen. Ein Vergleich:
  89. Licht braucht für die Strecke vom Mond zur Erde gut eine Sekunde. In einer Attosekunde reicht die Zeit gerade dafür,
  90. dass Licht den Durchmesser eines Wassermoleküls durchquert. 10 hoch minus 18 Sekunden ist eine Attosekunde.
  91. Und das ist ja nun mal das Reich, fast hätte ich gesagt, wo du der König bist. 10 hoch minus 18 Sekunden.
  92. Was spielt sich da für eine Physik ab in der Attosekundenwelt? [FK] Ich würde sagen, da spielt sich die Quantenphysik ab.
  93. Die Elektronen sind in etwa tausendfach, vergrößerungsmäßig, tausendfach leichter als ganze Atome.
  94. Daher sind sie auch viel flinker, bewegen sich schneller. Und da war die Herausforderung, können wir in diesen Bereich vorstoßen,
  95. der uns erlaubt, erstmals Elektronenbewegungen in atomaren Dimensionen in Echtzeit zu beobachten. [HL] Es ist ähnlich wie beim Fotografieren.
  96. Wenn man eine schnelle Bewegung einfrieren will, braucht man eine extrem kurze Belichtungszeit. Anfang der 2000er wollen Ferenc Krausz und sein Team die Bewegungen in der Quantenwelt beobachten.
  97. [FK] Aus einer inneren Schale schlagen wir ein Elektron raus. Und dadurch entsteht ein Atom mit einem Loch im Bauch
  98. und das Atom fühlt sich sehr unwohl in dem Zustand. und das Atom will dieses Loch tief im Inneren so schnell wie möglich füllen.
  99. Den Prozess hat man schon seit langem gekannt, aber man hat eigentlich keine Chance gehabt, das in Echtzeit zu beobachten.
  100. [HL] Im Herbst 2001 gelingt Krausz und seinem Team erstmals die Produktion einzelner attosekundenlanger Lichtblitze.
  101. Stopp, stopp, eine kurze Erklärung. Diese Momentaufnahme liefert kein Bild.
  102. Es liefert in Messwerten neue Erkenntnisse darüber, wie ein Elektron sich bewegt. [FK] Unsere Attosekundenmesstechnik hat das das erste Mal erlaubt,
  103. das tatsächlich in Echtzeit zu beobachten. Und wir haben festgestellt, dass dieses Loch innerhalb von wenigen Femtosekunden,
  104. also wenigen tausend Attosekunden tatsächlich gefüllt wird. [HL] Jetzt hast du ja im Laufe der Jahrzehnte dein Arbeitsgebiet ganz schön verändert.
  105. Du bist von dieser grundlegenden Grundlagenforschung, wenn ich das mal so sagen darf, in den Bereich der angewandten Forschung reingegangen,
  106. sogar jetzt in dem großen Projekt, an dem du jetzt arbeitest, in der Anwendung in der Medizin. [FK] Einer der Nebeneffekte dieser Attosekundenmesstechnik war, dass wir nicht
  107. nur Elektronenbewegungen sichtbar machen konnten, sondern wir konnten auch seit Anfang dieses Jahrtausends, Lichtwellen abtasten.
  108. Und das hat dann letzten Endes in etwa ein Jahrzehnt später unsere Augen eröffnet: "Hey, das ist vielleicht nicht nur für die Grundlagenforschung von Interesse."
  109. [HL] Was wäre die Medizin ohne Quantentechnik? Kein Röntgen, kein Computertomograph, kein MRT, aber da sind noch ganz andere Dimensionen möglich.
  110. Jährlich sterben 17 Millionen Menschen weltweit an einer der vier großen Krankheiten: Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Stoffwechselstörungen wie Diabetes,
  111. chronischen Atemwegstörungen und Krebs. Die Herausforderung: Viele Krankheiten, wie zum Beispiel Lungenkrebs, werden häufig zu spät entdeckt.
  112. Um möglichst viele Leben zu retten, müsste man die Krankheiten schon im Frühstadium erkennen. Im Idealfall mit einer einfachen, schnellen Methode, einer Blutuntersuchung.
  113. Je umfassender, desto besser. Diese Blutanalyse sollte nicht nur einzelne Werte bestimmen,
  114. sondern den Gesamtzustand abbilden, bis auf die Ebene der Moleküle. [FK] Die Medizin weiß seit jeher, dass diese molekulare Zusammensetzung
  115. des Blutes sich verändert, wenn eine Krankheit ihren Lauf nimmt. [HL] Und was macht ihr damit?
  116. [FK] Also ganz kurz, wir durchleuchten Blutproben mit extrem kurzen Infrarot-Laserblitzen. Damit hauen wir die Moleküle im Blut an und die kommen dadurch in Schwingung.
  117. Das heißt, unmittelbar hinter dem Blitz, der durch diese Probe geht, kommt dann ein langer Schwanz an Welle, Infrarotwelle.
  118. Und das ist sozusagen die Antwort der Moleküle auf diese Anregung. Wir können auf diese Weise ein enorm informationsreiches Signal
  119. aus dieser molekularen Suppe herausbekommen. [HL] Das bedeutet, ihr macht sowas wie Inventur.
  120. Durch den Attosekundenblitz könnt ihr sowas wie Inventur machen, weil ihr diese riesige Menge an Informationen über alle möglichen Eigenschwingungen aller Moleküle da drin habt.
  121. [FK] Genau. Also wir brauchen einige wenige zehn Mikroliter Blut, um die Messung durchzuführen. [HL] Dafür bringen die Forscher und Forscherinnen Blutproben
  122. von Patienten mit Krebsverdacht in ein Extralabor. An der aktuellen Studie des Projektes Lasers for Life nehmen mehrere tausend Testpersonen teil.
  123. Ziel ist es, möglichst viele Daten von Krebserkrankungen in allen Stadien zu sammeln. Mit Hilfe der speziellen Lasertechnik wird der molekulare Fingerabdruck jeder
  124. Blutprobe gemessen und dann mit den Ergebnissen klassischer Untersuchungen des Probanden verglichen.
  125. Künstliche Intelligenz soll bei der Auswertung der Daten helfen, um charakteristische Merkmale für mögliche Krebserkrankungen in den Lasermesswerten zu finden.
  126. [FK] Dann analysieren wir, wie unterscheiden sich die Signale aus den Blutproben der Menschen, die mit einer bestimmten Krankheit diagnostiziert sind,
  127. im Vergleich zu den Blutproben der gesunden Menschen. Und da haben wir mittlerweile für acht verschiedene
  128. Krebserkrankungen ganz charakteristische Abweichungen, systematische Abweichungen messen können, die wir eindeutig der Krankheit zuordnen konnten.
  129. [HL] Wird es in absehbarer Zeit soweit sein, dass man zum Arzt, zur Ärztin geht und macht dann diese genaue Inventur der Moleküle?
  130. [FK] Wenn wir unsere Pläne realisieren können und wenn wir auch Politiker dafür gewinnen können, die notwendigen Mittel bereitzustellen, könnte es in zehn Jahren soweit sein,
  131. dass wir einen Algorithmus soweit ausgebildet haben, dass dieser Algorithmus in der Lage ist, frühzeitig Veränderungen im Gesundheitszustand
  132. der Menschen in Richtung einer der vier großen Krankheitsgruppen zu erkennen, die derzeit die meisten Menschenleben auf dieser Erde kosten.
  133. [HL] Ich danke dir sehr. Vielen Dank. Dankeschön. [FK] Danke.
  134. [HL] Das Wissen über die Quantenwelt erlaubt eben nicht nur die Analyse von Vorgängen und Zuständen, man kann sie auch beeinflussen und steuern.
  135. So lassen sich Materialien herstellen, die elektrischen Strom verlustfrei leiten oder Computerchips werden immer kleiner und leistungsfähiger, womit natürlich auch
  136. die Computer insgesamt kleiner und leistungsfähiger werden. Von der individuellen Kommunikation bis hin zur Vernetzung der gesamten
  137. Weltwirtschaft, ohne digitalen Datenaustausch ist unser modernes Leben nicht mehr denkbar. Und der Fortschritt an Rechenpower verspricht immer noch umfassendere Vernetzungsmöglichkeiten.
  138. Doch neue Computertechnik birgt auch Gefahren. Die Netze können leichter angegriffen und Sicherheitscodes schneller geknackt werden.
  139. Es gleicht einem Wettrüsten. Werden die Angriffe intensiver, muss die Verteidigung gestärkt werden.
  140. Unsere herkömmlichen Sicherheitssysteme hätten keine Chance gegen sie. Neue Computer, die auf Quantentechnik basieren.
  141. Denn Quantencomputer wären unseren heutigen konventionellen Supercomputern nicht nur um ein Vielfaches, sondern gleich um ein Millionenfaches an Leistung überlegen.
  142. Ob Quantencomputer in absehbarer Zeit praxistauglich sein werden, das lässt sich schwer beantworten. Auf jeden Fall hätten wir ein Problem.
  143. Denn alle gängigen Sicherheits- und Verschlüsselungsverfahren hätten keinen Effekt mehr. Der Quantencomputer der Zukunft wird alle, wirklich alle Kombinationen eines
  144. Passworts in Sekundenbruchteilen ausprobieren und entschlüsseln. Kann man sich natürlich fragen, ja wie kann man sich denn da überhaupt noch schützen?
  145. Die Antwort lautet mit der Quantenphysik. Sehr gut.
  146. Jetzt geht's noch tiefer ins Reich der Quanten. Zu Phänomenen, die wir sonst nur aus Science-Fiction-Geschichten kennen.
  147. Maya Büki gehört zur Gruppe von Professor Gerhard Rempe. Hier im Labor arbeitet man an der Zukunft der Kommunikation.
  148. Hallo Maya. [MB] Hallo.
  149. [HL] So sieht also ein Experiment aus, in dem man Quanteninformationen überträgt, ja? [MB] Ja, richtig, genau.
  150. Wenn du willst, kann ich dir auch mal zeigen, wie wir die Laser vorbereiten, um das Ganze da zu machen.
  151. [HL] Oh ja, man sieht hier ja gar keinen Laser. Wo ist der? [MB] Genau, das kommt alles von drüben. [HL] Ach so.
  152. Ach du lieber Gott, was ist denn das? Wo ist denn der Laser? [MB] Das sind all diese blauen Kästen, die du hier vorne siehst.
  153. [HL] Ja. Mit Hilfe von Spiegeln und Linsen werden Laserstrahlen so geführt,
  154. dass sie Atome und Photonen kontrollieren können. Das Ziel:
  155. Mit Hilfe der Quanten sollen Informationen auf eine ganz neue Art ausgetauscht werden. Wo würdet ihr die Quanteninformationen herbekommen?
  156. [MB] Genau, diese Quanteninformation ist in Form von Lichtteilchen, Photonen. Und die kommen unter anderem aus der Innenstadt von der LMU.
  157. Und die schicken uns tatsächlich ein einzelnes Lichtteilchen. [HL] Ein einziges? [MB] Ein einziges, genau.
  158. [HL] Gib mir ein Lichtteilchen. [MB] Ein Licht, genau. [HL] Glasfaserkabel verbinden das Institut in Garching mit dem etwa 20 Kilometer
  159. entfernten Labor der Ludwig-Maximilians-Universität in der Münchner Innenstadt. Hier an der LMU werden Atome mit einem Laser so angeregt,
  160. dass sie einzelne Lichtteilchen, also einzelne Photonen abgeben. Jede Messspitze ist ein Hinweis auf ein einzelnes Photon.
  161. Und eines davon wird dann auf die Reise nach Garching geschickt. [MB] Und kommt dann hier am Ende einer Glasfaser an.
  162. [HL] Das ist der Bahnhof, das ist der Empfangsbahnhof für das eine Photon. [MB] Genau, richtig.
  163. Also das kommt dann hier an, immer eins pro Minute. Und dann wird das hier quasi noch weiter manipuliert und dann schicken wir es weiter zum Atom.
  164. Hier kommt das Photon an und das wird dann auf das Atom, das wir hier in dieser Vakuumkammer, also wenn man hier so ein bisschen reinguckt, dann kannst du die sehen.
  165. Da ist unser einzelnes Atom drin eingefangen. [HL] Ein Atom A in der Innenstadt gibt ein Photon ab,
  166. das Information über Eigenschaften des Atoms in sich trägt. Dieses Photon wird auf die Reise geschickt.
  167. In Garching wird durch Laser ein Atom B so kontrolliert, dass es das Photon aufnimmt. Gleichzeitig übernimmt es damit auch die Eigenschaften des Atoms A.
  168. Im Endergebnis sind A und B jetzt miteinander verschränkt. Wie alle Quantenteilchen befinden sich die Atome gleichzeitig in mehreren Zuständen.
  169. Dabei verhalten sich A und B identisch. Als wären sie ein Teilchen.
  170. Durch eine Messung werden sie auf einen Zustand festgelegt. Aufgrund der Verschränkung zeigen beide dasselbe Ergebnis.
  171. Das ist schon echt genial. Die Verschränkung bleibt auch dann bestehen, wenn man die Teilchen über große Entfernungen trennt.
  172. Da sind Distanzen von Hunderten, ja Tausenden von Kilometern möglich. [MB] Der Vorteil ist, dass wir wirklich Quantencomputer verknüpfen können.
  173. Das ist die eine Seite. Und die andere Seite ist, dass wir das Ganze auch für Quantenkryptographie nutzen können.
  174. [HL] Also für Verschlüsselung. [MB] Genau, für sichere Kommunikation.
  175. Und das ist das Tolle an der Quantenphysik. [HL] Also das heißt, wenn man die Regeln der Quantenmechanik benutzt, dann kann man
  176. erstens die Dinge so präparieren, dass alle beide, also Empfänger und Sender, wissen, was los ist. Und sie wissen auch, wenn nicht das kommt, was ich erwarte,
  177. dann hat jemand dazwischen gehört und hat uns abgehört. [MB] Genau. Das heißt, dass jemand, der unterwegs abhört, diesen Zustand auch zerstört, sobald er misst.
  178. Das heißt, dadurch weiß man direkt, okay, da hat jemand mitgehört. Und dadurch ist es sicher.
  179. [HL] Vielen Dank für die Information. Vielen Dank, dass wir hier sein durften. [MB] Ja, gerne.
  180. [HL] Es wird noch Jahre dauern, bis Quantenkommunikation unseren normalen Alltag erreicht. Aber schon jetzt gehört sie zu den wichtigsten Zukunftstechnologien.
  181. Die Quantenphysik ist für mich das perfekte Beispiel dafür, wie wichtig Grundlagenforschung ist. Natürlich erscheinen die Quantenphänomene zunächst
  182. einmal exotisch, fernab von unserer Wirklichkeit. Aber sie bergen eben ein unglaubliches Potenzial für technische Anwendungen,
  183. die unser Leben revolutionieren können. Aber da gibt es etwas, was mich noch viel mehr fasziniert.
  184. Die schlichte Tatsache, dass es ohne die Quantenwelt nichts gäbe. Kein Universum, keine Erde, kein Leben, kein Mensch.
  185. Die Quantenmechanik erklärt nicht nur, was die Welt im Innersten zusammenhält oder warum die Sterne strahlen.
  186. Sie erklärt sogar, warum die Materie im Universum überhaupt entstanden ist. Letztlich sind die Gesetze und Prozesse in der Quantenwelt mit ihren eigentümlichen
  187. Eigenschaften der eigentliche Grund dafür, dass es uns überhaupt gibt. Man könnte fast von einem Wunder sprechen.
  188. Ja.

Zum Nachlesen

Harald LeschHarald Lesch (* 28. Juli 1960 in Gießen) ist ein deutscher Astrophysiker, Naturphilosoph, Wissenschaftsjournalist, Fernsehmoderator und Hörbuchsprecher. AstrophysikDie Astrophysik befasst sich mit den physikalischen Grundlagen der Erforschung von Himmelserscheinungen und ist ein Teilgebiet der Astronomie. PhysikDie Arbeitsweise der Physik besteht in einem Zusammenwirken experimenteller Methoden und theoretischer Modellbildung. Physikalische Theorien bewähren sich in … NaturwissenschaftUnter dem Begriff Naturwissenschaft werden Wissenschaften zusammengefasst, die empirisch arbeiten und sich mit der Erforschung der Natur befassen.