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Technik: Quantenoptik auf dem Sprung

Wenn Physiker die Wechselwirkungen von Licht und Materie enträtseln, entstehen oft konkrete praktische Anwendungen. Doch diese aus den Laboren in die Industrie zu bringen, ist eine große Herausforderung.
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Wie immens Anwendungen aus der Quantenoptik die Gesellschaft verändern können, zeigt der erstmals 1960 konstruierte Laser. Sein Funktionsprinzip beruht auf den quantenmechanischen Besonderheiten von Wellen und Teilchen. Der weltweite Jahresumsatz mit Lasern liegt bei etwa zehn Milliarden US-Dollar – und das bereits, ohne den Mehrwert durch ihren Einbau in weitere Geräte zu berücksichtigen. Fast alle Industriezweige nutzen sie, von der Materialbearbeitung bis zur Medizin. Auch viele von uns verwenden sie täglich – etwa in optischen Laufwerken und Laserdruckern. Das zeigt, wie enorm sich die Entdeckung und erste Umsetzung eines physikalischen Phänomens Jahrzehnte später auswirken kann.

Zudem produziert die Grundlagenforschung in der Quantenoptik und Photonik immer wieder bemerkenswerte neue Ergebnisse. In Deutschland ist der entsprechende Fachverband sogar einer der größten in der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, und seine Mitglieder gehören in diesem Bereich zur Weltspitze. Doch welche der grundlegenden Entwicklungen, die über die bislang technisch genutzten quantenmechanischen Prinzipen hinausführen, haben genug Potenzial für die nächsten kommerziellen Erfolgsgeschichten?

Bei der Kommunikationstechnologie etwa wären die Grundlagen für eine mögliche optische Infrastruktur schon gelegt, denn die Anbieter nutzen Licht in Glasfasernetzen, um schnell viele Daten zu übertragen. Neben dem Bedarf nach immer mehr Bandbreite gerät zunehmend ein weiterer Aspekt der Übertragung in das öffentliche Interesse: die Sicherheit. Nachrichten über abgehörte Personen oder gehackte Firmen sind inzwischen alltäglich. Das Thema ist aber nicht neu. Schon seit Jahrtausenden versuchen Menschen die Nachrichten, die sie übermitteln, vor anderen geheim zu halten. Und ebenso alt ist die Kunst des Entschlüsselns. ...

November 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft November 2015

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  • Quellen

Budker, D., Kimball, D. F. J. (Hg.): Optical Magnetometry. Cambridge University Press, 2013

Korzh, B. et al.: Provably Secure and Practical Quantum Key Distribution over 307 km of Optical Fibre. In: Nature Photonics 9, S. 163 – 168, 2015

Lu, Z.-T., Wendt, K. D. A.: Laser-Based Methods for Ultrasensitive Trace-Isotope Analyses. In: Review of Scientific Instruments 74, S. 1169&nsp;– 1179, 2003

Ricci, L. et al.: A Compact Grating-Stabilized Diode Laser System for Atomic Physics. In: Optics Communications 117, S. 541 – 549, 1995