Die Quantenmechanik als Motor der modernen Welt

In den letzten zwei Generationen hat die experimentelle Quantenphysik enorme Fortschritte erzielt und neue, ungeahnte Möglichkeiten eröffnet. Zentrale Überlegungen und Ideen, die man früher nur in Gedankenexperimenten hinterfragen oder bestätigen konnte, lassen sich heute in realen Experimenten überprüfen. Man kann einzelne Photonen und einzelne Teilchen erzeugen und ihr Verhalten beobachten und manipulieren. Die Relevanz der Quantenmechanik für die modernen Technologien ist kaum zu überschätzen und begann vor allem mit dem Transistor (in den 1940er Jahren) und dem Laser (1960). Heute benutzen die meisten modernen Geräte die Gesetze der Quantenmechanik: Computer, Handys, Navigationsgeräte, LCD-Fernseher, LEDs, CD- und DVD-Spieler, Solaranlagen, Strichcode-Leser, Kernspintomographen etc. Die Liste ist nahezu endlos.

Wirtschaftsfaktor Quantenmechanik

In den hochentwickelten Industriestaaten beruhen über 25 % des Bruttoinlandsproduktes, also des Gegenwertes von allen erzeugten Waren und allen erbrachten Dienstleistungen, auf der Quantentheorie. Im 21. Jahrhundert wurden in der EU und in anderen Ländern milliardenschwere Förderprogramme für die Quantentechnologien aufgelegt. Zwanglos können wir feststellen:

Mit der Quantenmechanik kann man gute Geschäfte machen und viel Geld verdienen.
Mit Kenntnissen der Quantenmechanik kann man sogar Bundeskanzlerin werden.

Die Zukunft der Quantenmechanik

In der Quanteninformatik spielen die Überlagerungen und Verschränkungen von Zuständen eine zentrale Rolle. Die bereits in der Praxis eingesetzte Quantenkryptographie deckt jeden Lauschangriff auf die Schlüsselübertragung auf. Die Quantenteleportation überträgt Zustände von einem Quantenobjekt auf ein anderes. In Zukunft sollen Quantencomputer bestimmte Rechenaufgaben viel schneller lösen als klassische Computer.

Die Quantenbiologie

Sehr spektakulär, ja fast schon unglaublich sind neue Untersuchungen in der „Quantenbiologie“: 2010 behaupteten Wissenschaftler am Berkeley Lab in Kalifornien, stabile Verschränkungen in biologischen Systemen entdeckt zu haben. Die Verschränkungen sollen u. a. die hohe Effizienz der Photosynthese ermöglichen, bei der Pflanzen und Bakterien Sonnenenergie in chemische Energie umwandeln. Vögel nehmen das Magnetfeld der Erde wahr. Auch hier gibt es neuerdings ernstzunehmende Hinweise für Quanteneffekte und Verschränkungen im Magnetfeldkompass der Vögel.

Es gibt also gute Gründe für das Studium der einzigartigen und oft absonderlichen Welt der Quanten.

Aus: Friedhelm Kuypers, Quantenmechanik, ISBN 9783527413805