Outreach – Quantentechnologien erleben

Die Quantentechnologien werden voraussichtlich technologische Durchbrüche von gesellschaftlicher Relevanz hervorbringen. Es gilt, sie schon heute in der Breite der Bevölkerung begreifbar zu machen.

Neue Technologien werfen stets auch Fragen auf, die sich auf ihre ethischen Grundlagen und auf ökologische, ökonomische, politische sowie die sozialen Folgen ihrer Anwendung beziehen. Solche Fragen werden vielfach auch in der Öffentlichkeit diskutiert.

Eine wesentliche Voraussetzung für den gesellschaftlichen Diskurs ist ein möglichst allgemein verständlicher Zugang zum Thema Quantentechnologien. Navigationssysteme basieren heute auf Satellitentechnik. Trotzdem muss nicht jeder, der Navigationssysteme nutzt, Satellitentechnik beherrschen. Ebenso wenig ist es erforderlich, dass jeder Anwender von Quantentechnologien Physik studiert hat. Deshalb sind künftig allgemein verständlichere Zugänge und spezifisches Wissen zu Anwendungen der Quantentechnologien auch in der Allgemein- und Schulbildung sowie in Studiengängen außerhalb der Physik nötig, z.B. in der Ingenieurausbildung.

Viele Bürgerinnen und Bürger in Deutschland haben bereits in vereinfachter Form von dem Gedankenexperiment „Schrödingers Katze“ gehört. Vermutlich wünschen sie sich jedoch eine praktischere Vorstellung von konkreten Anwendungen und Vorteilen gegenüber etablierten Technologien – ohne dabei in einen mathematischen Formalismus eintauchen zu müssen. Deshalb soll ihnen ein kreativer und involvierender Zugang zu dieser Zukunftstechnologie ermöglicht werden.

Citizen Science beschleunigt Innovationsprozesse

Möglichst viele Menschen in ein solches Thema mit einzubeziehen, bietet eine große Chance, denn ein breites öffentliches Interesse ist die Grundlage für gezielte Nachwuchsförderung im wissenschaftlichen Bereich. Erste erfolgreiche Beispiele zeigen bereits, dass die Einführung in die Quantentechnologien in der Schule, der Berufsqualifikation und den Museen beginnen kann. Über Bürgerforschungsansätze lassen sich Innovationsprozesse beschleunigen. Deshalb gilt es spezifische Maßnahmen zu entwickeln, um die  Quantentechnologien verständlich zu vermitteln, dafür könnten z.B. auch Gamification-Elemente genutzt werden.

Genau hingeschaut: Schrödingers Katze

Schrödingers Katze beschreibt ein von Erwin Schrödinger entwickeltes Gedankenexperiment zur Veranschaulichung von quantenmechanischer Superposition. Eine Katze wird zusammen mit einem instabilen Atomkern in einen Kasten gesperrt. Der strahlende Atomkern löst irgendwann einen Schalter mit Giftgas aus, der die Katze tötet. Solange man nicht in den Kasten schaut, ist der Zustand der Katze („lebendig“ oder „tot) unbekannt. Wendet man das Konzept der Quantenmechanik auf dieses Gedankenexperiment an, so müsste die Katze sich in einer Superposition befinden, einem überlagertem Zustand aus „tot“ und „lebendig“. Erst beim Öffnen des Kastens wird der Zustand der Katze eindeutig festgelegt.

Auch Qubits eines Quantencomputers befinden sich in ein einer Superposition ihrer Basiszustände 1 und 0. Erst die Messung des Zustands am Ende der Rechenoperation legt den Zustand des Qubits eindeutig fest. In Anlehnung an dieses Gedankenexperiment bezeichnet man die quantenmechanische Überlagerung zweier makroskopischer Zustände auch als Katzenzustand.