Hannover Messe : Quantentechnologien und ihre Anwendungspotenziale für die Industrie

Quanten sind kleine Einheiten, die physikalische Wechselwirkungen hervorrufen – Quanteneffekte sind Effekte, die in der Wechselwirkung der Quanten mit Materie auftreten und sich vom Erfahrungsschatz von Wechselwirkungen in der Natur klar unterscheiden. Schon Planck und Einstein führten solche Experimente durch – doch wie sieht der heutige Stand der Forschung aus?

In den 50er Jahren wurden erste Anwendungen von Quantenphänomenen vorangetrieben, beispielsweise bei der Entwicklung der Mikroelektronik oder des Lasers. „Heute sind wir dazu in der Lage, einzelne Quanten zu kontrollieren und die Effekte auszunützen, die die Quanten in der Wechselwirkung mit der Umgebung betreiben. Wir können so eine neue Qualität von Sensoren und Messsystemen entwickeln“, erklärt Andreas Tünnermann, Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF. „Die ersten Märkte, die wir sehen, liegen im Bereich der Sensorik und der Kommunikation.“

Die industrielle Transformation findet nicht nur im Bereich der Digitalisierung, sondern an verschiedenen Stellen statt. „Im Moment besteht die Notwendigkeit resiliente Wertschöpfungsketten aufzubauen“, meint Tünnermann. Es stellt sich die Frage: Wie wird auch in der Zukunft energie- und ressourceneffizient produziert? Laut Tünnermann werden Quantentechnologien dazu einen wesentlichen Beitrag leisten. Es werde darum gehen, Werkzeuge zu haben, die Quantenphänomene nutzen, um Produktionsprozesse effizienter zu gestalten aber auch um Produktionsprozesse miteinander zu vernetzen. „Die Transformation der Industrie wird wesentlich von der Nutzung von Quantenphänomenen profitieren. Das hat man schon bei der ersten Quantenrevolution durch die Mikroelektronik und Laser festgestellt und ich bin fest davon überzeugt, dass wir auch in Zukunft durch die Nutzung von Quantenphänomenen in der Industrie effizienter werden können“, so Tünnermann.

Apropos Zukunft. Dadurch, dass die erwähnten Ergebnisse der ersten Quantenrevolution erfolgreich umgesetzt werden konnten, hat es sich ergeben, dass Deutschland im Bereich der Entwicklung von Hochleistungslasern und deren Anwendung zum Beispiel in der Produktionstechnik zum Weltmarktführer wurde. Lasertechnische Verfahren haben das Formen von Automobil-Karosserien genauso verändert wie das Schweißen von Batteriezellen. „Die ersten Anwendungen wird es sicher im Bereich der Sensorik und der Bildgebung geben, wo die Nutzung von Quantensystemen zu höherer Effizienz führen wird“, prognostiziert Tünnermann.

Noch wird es eine Weile dauern, bis der universelle Quantencomputer, der die Optimierung von Prozessen ermöglichen soll, Wirklichkeit wird. Doch wie wird die Lage in zehn Jahren aussehen? Tünnermann ist überzeugt, dass weltweit viele Unternehmen im Bereich der Quantencomputer aktiv sein werden. „Es wird Unternehmen geben, die Quantencomputer betreiben, andere Unternehmen, welche die spezielle Software entwickeln und für Unternehmen Simulationen durchführen, die zur Optimierung von Prozessen führen und wiederum andere Unternehmen, die Zulieferer für Bauteile sind, welche zur Realisierung von Quantencomputern notwendig sind“, führt er aus.

Derzeit werden asymmetrische Verschlüsselungsverfahren genutzt. Es zeigt sich, dass diese besonders durch zukünftige Quantencomputer angegriffen werden könnten. Daten könnten also in Zukunft nicht mehr sicher sein. Das betrifft auch die Langzeitspeicherung von Daten. Die Forschung steht also vor einer Herausforderung. „Wir müssen Verfahren entwickeln, die resilient gegen die Nutzung von Quantencomputern sind“, so Tünnermann. Neue Verschlüsselungsverfahren, die Post-Quanten-Kryptographie, soll die Informationsübertragung durch die Nutzung von Quantenphänomenen sicher machen.