P98: Weiteres nützliches Zeug,aktualisiert 14.1.

 16.5 Ausblick:

Die QM ist in unserem Alltag angekommen. Viele technische Geräte nutzen quantenmechanische Erscheinungen. Ein beachtlicher Anteil des Bruttosozialproduktes der Industrienationen wird über quantenmechanische Anwendungen erwirtschaftet.

Zwei sehr exotisch anmutende Anwendungen sind inzwischen Realität:

Quantenkryptographie:

Wie kann ein Schlüssel zur sicheren Nachrichtenübermittlung abhörsicher übertragen werden?

Der Sender ist wieder Alice, der Empfänger Bob und ein möglicher Spion wird Eve genannt.

Dazu gibt es Verfahren, die quantenmechanische Messungen und öffentliche Informationswege nutzen. Die Geräte dazu funktionieren, sind im Handel erhältlich und werden auch praktisch eingesetzt.

In vielen Physikpraktika an Universitäten gibt es dazu Experimente. Ein Team aus dem SFN hat 2011 dafür den Preis des Bundespräsidenten als höchste Auszeichnung des Wettbewerbs gewonnen:

 Entwicklung einer laufzeitbasierten Modifikation der Quantenkryptographie

Mit speziellen sogenannten Singlemode-Glasfasern lassen sich Daten mit hoher Geschwindigkeit und über lange Strecken ohne Verstärkung transportieren. Damit sie vor Missbrauch geschützt sind, werden sie dabei verschlüsselt. Bisherige Verschlüsselungstechnologien basieren auf mathematischen Verfahren, die von versierten Hackern über kurz oder lang geknackt werden könnten. Joshua Kühner, Till Hülsmann und Jonatan Molinski haben daher eine laserbasierte Methode zur Kryptographie, also zur Verschlüsselung, in Glasfasern entwickelt. Das kostengünstige Verfahren ermöglicht eine schnelle und sichere Datenübertragung.

 

Quantencomputer:

Der klassische Computer kennt nur die Zustände 0 und 1. Quantenbits können alle Werte zwischen 0 und 1 annehmen und somit gleichzeitig alle Möglichkeiten berechnen.

Für gewisse Fragestellungen sind quantenmechanische Berechnungen extrem vorteilhaft.

Im Dezember 2020 ist es in China gelungen mit einer quantenmechanischen Apparatur ein Rechenproblem in 200 Sekunden zu lösen, für das herkömmliche Computer 2,5 Milliarden Jahre brauchen würden.

Bild: google

Einen noch universelleren ersten Quantencomputer konnte Google im Oktober 2019 in Betrieb nehmen. Er arbeitet mit 72 Q-Bits.

Quantencomputer können immer nur für bestimmte Probleme eingesetzt werden, aber dort sind sie unsagbar schnell.

Das bedeutet, dass herkömmliche Verschlüsselungsverfahren nicht mehr sicher sind.