Quanten2025 – ein Jahr für die Quantenphysik

Die Formulierung der Quantenmechanik im Jahr 1925 hat eine bleibende Grundlage für unser physikalisches Verständnis der Natur gelegt und zu einer Revolution in der technischen Entwicklung unserer Gesellschaft geführt.

Die seitdem entstandenen Quantentechnologien haben nicht nur unser Leben verändert, sie sind mittlerweile

Phi mit 2025 überlagert
Phi mit 2025 überlagert
auch Pfeiler unseres Wohlstands. Ihre grundlegenden Konzepte wie die Überlagerung und Verschränkung von Zuständen der Materie widersprechen allerdings unserer Alltagserfahrung und sind daher bis heute eine Herausforderung an ihre philosophische Interpretation. Die Quantentheorie hat unser Weltbild grundlegend verändert und wirkt in alle Bereiche unserer Kultur, in Wissenschaft 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 Herkunft, ihrer Ergebnisse und ihrer Zukunftsoptionen in all ihren Facetten zu beleuchten.

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

Warum „Quanten2025“?

Die Formulierung der Quantenmechanik im Jahr 1925 legte die bis zum heutigen Tag gültige Grundlage für unser physikalisches Verständnis der gesamten mikroskopischen Welt der Atome und Moleküle sowie deren Wechselwirkung mit Licht.

Dies führte zu einer nie dagewesenen technischen und ökonomischen Revolution, die heute ein Großteil der Weltwirtschaft bestimmt, u.a. die gesamte Chemie, Elektronik und Halbleitertechnik, IT- und Kommunikationstechnologien, einen großen der Teil der modernen Medizin einschließlich des Verständnisses von RNA Impfstoffen und vieles mehr.

Darüber hinaus hat die Quantentheorie unser Weltbild grundlegend verändert und wirkt in alle Bereiche unserer Kultur, in Wissenschaft und Kunst. Ihre grundlegenden Konzepte widersprechen unserer Alltagserfahrung, sind nicht intuitiv verständlich und bis heute eine Herausforderung an ihre philosophische Interpretation.

Die Quantenmechanik hat nicht nur unser Leben und unser Verständnis der Natur grundlegend verändert, sie ist mittlerweile auch der Pfeiler unseres Wohlstands und darüber hinaus von enormer praktischer Bedeutung: So beruhen fast alle Technologien der IT-Revolution, von magnetischer Speicherung über die Chip-Technologien bis zur optischen Signalübertragung auf quantenmechanisch maßgeschneiderten Funktionselementen. 2019 hat die Meterkonvention, ein Verbund aus über Hundert Mitglieds- und assoziierten Staaten, das internationale System der Einheiten (Kilogramm, Sekunde, Meter Ampere, …) auf Basis der Quantenmechanik grundlegend revidiert. Alle praktischen Standards, die die Bürger täglich benutzen und auf denen die gesamte Weltwirtschaft fußt, beruhen letztendlich auf der Quantentheorie. 

Nach Ansicht vieler Experten stehen wir heute, 100 Jahre nach der Formulierung der Quantenmechanik, an der Schwelle zur zweiten Quantenrevolution. Wir können zunehmend einzelne 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.

Für die Deutscher Physikalische Gesellschaft ist das Anlass genug, zusammen mit ihren Schwestergesellschaften in aller Welt nach hundert Jahren Erfolgsgeschichte im Jahr 2025 die Rolle der Quantenphysik im Licht ihrer Wurzeln, ihrer Ergebnisse und ihrer Zukunftsoptionen in all ihren Facetten zu beleuchten. Wir werben zusammen mit internationalen Organisationen wie der IUPAP (International Union of Pure and Applied Physics) oder der Meterkonvention dafür, dieses Jubiläum aufgrund seiner herausragenden Bedeutung 2025 im Rahmen eines internationalen Jahres der UNESCO zu würdigen.

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. Quantentechnologien / Quanten in Forschung und Technologie

Quantentechnologien machen grundlegende physikalische Effekte der Quantenmechanik nutzbar, um neue Möglichkeiten zu eröffnen. So werden Bits zu Qubits, Licht zu Photonen und Computer zu Quantencomputern. Dies ermöglicht vollkommen neue Anwendungen in der sicheren Datenkommunikation, der Sensorik, der Metrologie und Simulation und eröffnet gleichzeitig neue Fragestellungen für die Forschung. Wir beleuchten die Konzepte dieser neuen Technologien und die dahinterstehende Physik. Wir blicken in die Quanten-Labore und zeigen, woran die Quantenforscher:innen gerade arbeiten und was sie antreibt.

II. Quanten spielerisch / Quanten in der Schule

In der Schule ist die Quantenphysik schon seit Jahrzehnten ein wichtiges Thema, denn sie hat das Weltbild der modernen Physik nachhaltig geprägt. Für den Unterricht können die modernen Quantentechnologien weitere neue Impulse geben und dadurch spannende und zeitgemäße neue Themen, Kontexte und Aufgabenstellungen für die Oberstufe erschließen.
Die modernen Aspekte der Quantenphysik stoßen auch in der breiten Öffentlichkeit auf große Resonanz, etwa in Blogs und auf Videoplattformen. Nicht zuletzt taucht die Quantenphysik auch immer wieder im Alltag auf, zum Beispiel in der vielfältigen Lasertechnologie oder dem Quantencomputer bis hin zu bei der Frage, wieso ein Glasfenster eigentlich durchsichtig ist.

III. Quanten in Musik, Philosophie, Kunst und Literatur

Grundlegenden Konzepte zum Verständnis von Quanten wie 'Unschärfe' und 'Verschränkung' von Materiezuständen widersprechen unserer im Alltag geprägten Intuition.  Sie sind daher bis heute eine Herausforderung an eine philosophische Interpretation der Quantentheorie und  zudem Anlaß sich mit der Quantenwelt in Kunst, Literatur und Musik auseinander zu setzen.
Physik und die Künste stellen zwei Pole der Weltbetrachtung und Weltdarstellung dar, die in Verbindung gebracht, ein produktives Potential entwickeln können. Denn Quantenhysik prägt nicht nur die technologische und zivilisatorische Entwicklung, sondern stellt auch eine Herausforderung an unser Welt- und Selbstverständnis dar und  trägt damit  zu ethischen und ästhetischen Überzeugungen bei.

Wir wollen die Vielfalt der Ausdrucksweisen des Phänomens 'Quanten' erlebbar machen durch Ausstellungen, Konzerte, Theater und Lesungen.
Die moderne Quantenphysik der kondensierten Materie kann dabei nicht nur eine Rolle für Farben und Leinwände, für Tonerzeugung und Musikwiedergabe, oder für die Wahl der Medien spielen, sondern ist insbesondere auch wichtig für ein konzeptionelles Verständnis der Werke. Schriftsteller:innen reflektieren Quantenprinzipien in Sprache, Stil und Aufbau literarischer Texte,  
Komponist:innen lassen sich bei Klangeffekten durch  Quanteneffekte inspirieren und bildende Künstler:innen suchen nach neuen Darstellungsweisen einer Quantenwelt voller Fluktuationen.  
Die Erfahrbarkeit von Quantenphänomenen ist eine wesentliche Voraussetzung, um sich unsere Welt aneignen und in ihr orientieren zu können.

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 auf einem Ausflug nach Helgoland ein. Vielmehr war es ein langer Weg, der von der Einsicht von der Unzulänglichkeit der klassischen Mechanik im Mikroskopischen zur fertigen Theorie führte. Es waren Experimente, die überraschende Quanteneigenschaften der Natur zeigten, und gescheiterte Modellrechnungen, die Hand in Hand gingen und von Physikern und Physikerinnen aus verschiedenen Zentren der Physik analysiert und diskutiert wurden. Nur Kooperation und Austausch führten zum Erfolg und zu einer langen Entwicklung von quantenphysikalischen Theorien und Anwendungen. Aber ist das heute wirklich anders?

Wissenschaftsjahr / 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

 

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