Quanten2025 – die Zukunft wissenschaftlich und technologisch gestalten

Die Formulierung der Quantenmechanik im Jahr 1925 hat eine bleibende Grundlage für unser physikalisches Verständnis der Natur gelegt.

Die Quantenmechanik hat unser Vorstellungsvermögen strapaziert, denn grundlegenden Konzepte wie die

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Überlagerung von Materiezuständen widersprechen unserer Alltagserfahrung. Sie hat gleichzeitig unsere Kenntnis über unsere materielle Umwelt derart erweitert, dass unsere Gesellschaft bis heute immer neue technische Fähigkeiten erwerben kann. Die von Beginn an entstandenen Quantentechnologien haben nicht nur unser tägliches Leben verändert, sie sind mittlerweile auch Pfeiler unseres Wohlstands.

Die Quantentheorie hat unser Weltbild grundlegend verändert und wirkt in alle Bereiche unserer Kultur, in Wissenschaft, Technologie und Kunst.

Anlass genug für die Deutscher Physikalische Gesellschaft (DPG), zusammen mit ihren Schwestergesellschaften in aller Welt, nach hundert Jahren Erfolgsgeschichte im Jahr 2025 die Rolle der Quantenphysik im Licht ihrer Ergebnisse, ihrer Zukunftsoptionen und ihrer Herkunft in all ihren Facetten zu beleuchten.

Was bedeutet die wissenschaftliche Revolution von 1925, die Quantenphysik im Jahr 2025?

Nach Ansicht vieler Experten stehen wir heute, 100 Jahre nach der Formulierung der Quantenmechanik, an der Schwelle zur zweiten Quantenrevolution. Wir können zunehmend ein-zelne Atome, Elektronen, Moleküle und Lichtquanten im Labor kontrollieren, daraus Quantenbits und zusammengesetzte Systeme designen mit unabsehbaren wirtschaftlichen Folgen konstruieren: Quantencomputer, -kommunikation, -sensorik, -metrologie und -simulation sind auf dem Sprung aus dem Labor in die Praxis und werden unsere Welt voraussichtlich ein weiteres Mal grundlegend verändern.

Die Quantenmechanik hat nicht nur unser Leben und unser Verständnis der Natur grundlegend verändert, sie ist auch der Pfeiler unseres Wohlstands und darüber hinaus von enormer praktischer Bedeutung: So beruhen fast alle Technologien der IT-Revolution, der vielleicht wichtigsten Triebfeder unseres Wirtschaftens, von magnetischer Speicherung über die Chip-Technologien bis zur optischen Signalübertragung auf quantenmechanisch maßgeschneiderten Funktionselementen.

Was geschah 1925?
Hatten die überraschenden Vorschläge von Max Planck (Wirkungsquantum), Albert Einstein (Lichtquanten) und Niels Bohr (Atommodell mit Quantensprüngen) die Notwendigkeit einer Neuformulierung der klassischen Mechanik immer drängender werden lassen, so fand Werner Heisenberg 1925 - in regem Austausch mit Wolfgang Pauli - den entscheidenden Ansatz, aus dem eine Quantenmechanik entwickelt werden konnte. Zusammen mit Max Born und Pascual Jordan gelang es in Göttingen in kürzester Zeit, eine konsistente und anwendbare Theorie zu entwickeln. Ihr stellten sich sogleich die Fassungen von Paul Dirac (Cambridge) und Erwin Schrödinger (Zürich) an die Seite. Die Quantenmechanik ist mittlerweile die experimentell am besten getestete Theorie der Physik.

Was plant die DPG

Die DPG hat eine TaskForce ins Leben gerufen, die ein umfangreiches Programm für das Jahr 2025 konzipiert. Es soll entlang folgender thematischer Linien entwickelt werden:

I. Quanten in der Forschung/Quantentechnologien 

Quantentechnologien ermöglichen vollkommen neue Anwendungen in der sicheren Datenkommunikation (z. B. Quantenkryptographie), der Sensorik, der Metrologie und Simulation und eröffnen gleichzeitig neue Fragestellungen für die Forschung. Wir blicken in die Quanten-Labore und zeigen, woran die Quantenforscher gerade arbeiten und was sie antreibt.

II. Quanten spielerisch / Quanten in der Schule

In der Schule ist die Quantenphysik ein wichtiges Thema, denn sie hat das Weltbild der modernen Physik nachhaltig geprägt. Für den Unterricht können die modernen Quantentechnologien neue Impulse geben, um die öffentliche Aufmerksamkeit und breite Bildung in den Naturwissenschaften insgesamt zu stärken.

III. Quanten in Musik, Philosophie, Kunst und Literatur

Grundlegenden Konzepte der Quantentheorie sind bis heute eine Herausforderung an eine philosophische Interpretation der Quantentheorie und fordern auch Kunst, Literatur und Musik zur Auseinandersetzung auf. Wir wollen die Vielfalt der Ausdrucksweisen des Phänomens 'Quanten' erlebbar machen durch Ausstellungen, Konzerte, Theater und Lesungen.

IV. Quanten in der Berufswelt / Karriere / Gesellschaft

Quantentechnologie verspricht nicht nur Weiterentwicklungen schon bekannter Verfahren, sie weckt Erwartungen auch auf revolutionäre Änderungen: Quantencomputing soll komplexe Probleme lösen, an denen herkömmliche Rechner scheitern; Quantennetzwerke verleihen der Architektur unserer IT-Welt physikalische statt algorithmischer Sicherheit. Worauf sollten wir uns als Gesellschaft vorbereiten? Welche Konsequenzen werden Unternehmen und öffentliche Einrichtungen, Arbeitnehmer und Entscheider tragen müssen?

V. Der Weg in die moderne Quantenwelt und darüber hinaus

Eine Theorie wie die Quantenmechanik fällt einem nicht mal eben bei einem Kuraufenthalt in Helgoland ein. Vielmehr war es ein langer Weg, der von der Einsicht von der Unzulänglichkeit der klassischen Mechanik im Mikroskopischen zur fertigen Theorie führte. Die Revolution wurde stimuliert durch Experimente, die unerwartete Quanteneigenschaften der Natur zeigten, und ging Hand in Hand mit intensiven Analysen und Diskussionen von Physikern und Physikerinnen an verschiedenen Zentren der Physik im Ringen um eine adäquate mathematische Beschreibung. Kooperation und Austausch waren wesentlich für den Erfolg einer langen Entwicklung von quantenphysikalischen Theorien und Anwendungen. Aber ist das heute wirklich anders?

UNESCO internationales Jahr: „Quantum2025“ / „Quanten2025“

Logo des Internationalen Jahrs der Quantenwissenschaften und -technologien
Logo des Internationalen Jahrs der Quantenwissenschaften und -technologien
Gemeinsam mit Partnern im In- und Ausland verfolgt die DPG die Initiative, analog zu so erfolgreichen Wissenschaftsjahren wie z. B. dem „Jahr des Lichts“ von der UNO ein internationales Jahr der Quantenphysik ausrufen zu lassen. Diese Initiative wird von namhaften internationalen Organisationen wie der IUPAP (International Union of Pure and Applied Physics) oder der Meterkonvention unterstützt. Gleichzeitig könnte das Wissenschaftsjahr in Deutschland dieser Zukunftstechnologie gewidmet werden.

⇒ zur Seite des internationalen Jahrs

 

Verweise

Jahr der Physik 2000

Im Jahr 2000 gestaltete das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) zusammen mit zahlreichen Wissenschaftsorganisationen im Rahmen der Initiative „Wissenschaft im Dialog“ das erste deutsche „Jahr der Physik“. Namhafte Forschungseinrichtungen, federführend die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG), beteiligten sich mit zahlreichen Events, verschiedenen Publikationen und einer Website an dieser Aktion. mehr...

Einstein-Jahr 2005

2005 feiert Deutschland das Einstein-Jahr: Öffentliche Veranstaltungen, Tagungen und Tage der offenen Tür sollen Begeisterung für die Physik wecken und ihre Bedeutung für unsere Gesellschaft aufzeigen. Anlass war der 100. Geburtstag der Relativitätstheorie und der 50. Todestag des weltberühmten Wissenschaftlers. mehr...

Internationales Jahr des Lichts 2015

Am 20. Dezember 2013 hat die UN-Generalversammlung das Jahr 2015 als “Internationales Jahr des Lichts und der lichtbasierten Technologien” ausgerufen. Das Jahr des Lichts „soll an die Bedeutung von Licht als elementare Lebensvoraussetzung für Menschen, Tiere und Pflanzen und daher auch als zentraler Bestandteil von Wissenschaft und Kultur erinnern. Wissenschaftliche Erkenntnisse über das Licht erlauben ein besseres Verständnis des Kosmos, führen zu besseren Behandlungsmöglichkeiten in der Medizin und zu neuen Kommunikationsmitteln.” mehr...

Physik und Information

Die Geburtsstunde der modernen Physik schlug am 14. Dezember 1900 in einer Sitzung der DPG: Max Planck stellte seine revolutionäre Quantenhypothese vor, aus der Physiker wie Schrödinger, Heisenberg und Born die moderne Quantenmechanik zu entwickeln. Was als Theorie begann, die wie die Relativitätstheorien unsere Sicht auf das materielle Universum einschneidend veränderte, ist heute Grundlage für eine weitere Quantenrevolution, die völlig neuartige Anwendungen für Informations- und Computertechnologie erschließt. mehr...