Was ist Quantum-Information?
Quantum-Information oder Quanteninformatik ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit der Verarbeitung, Übertragung und Speicherung von Informationen auf der Basis von Quantenzuständen beschäftigt. Im Gegensatz zur klassischen Informatik, die auf Bits und Bytes basiert und nur zwei Zustände kennt (0 und 1), ermöglicht die Quantenphysik eine viel komplexere Informationsverarbeitung. Denn Quantenobjekte wie Atome oder Photonen können mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen (Superposition) und miteinander verschränkt sein, was bedeutet, dass sie in gewisser Weise miteinander verbunden sind und Information schneller übertragen werden kann.
Beispiel: Quantenverschränkung
Ein typisches Beispiel für die Quantenverschränkung ist das sogenannte EPR-Paradoxon, das von Albert Einstein, Boris Podolsky und Nathan Rosen in einem Aufsatz 1935 beschrieben wurde. Es geht darum, dass zwei verschränkte Teilchen, die räumlich voneinander getrennt sind, trotzdem miteinander korreliert sind und sich scheinbar instantan beeinflussen lassen. Dieses Phänomen hat die Quantenphysik lange Zeit vor Rätsel gestellt und wird heute als eine der Grundlagen der Quanteninformatik genutzt, um beispielsweise Quantenkryptografie zu entwickeln.
Neue Wege der Datenübertragung
Dank der Quantenphysik können heute neue Wege der Datenübertragung beschritten werden. So ist es beispielsweise möglich, Informationen mit Hilfe von Quantenteilchen wie Photonen durch Glasfasern zu schicken. Hierbei wird die Information in die Polarisation des Photons codiert und dann an den Empfänger geschickt, der die Information durch die Messung des Photons wieder auslesen kann. Ein weiterer Ansatz ist die Quantenrepeater-Technologie, die es ermöglicht, Quanteninformation über große Entfernungen zu übertragen, indem sie auf dem Weg durch ein Netzwerk von Quantenrepeater-Stationen verstärkt und erneuert wird.
Anwendungen und Zukunftsaussichten
Die Quanteninformatik hat das Potenzial, viele Bereiche der Technologie zu revolutionieren, von der sicheren Kommunikation über die Entwicklung neuer Materialien und Medikamente bis hin zur Optimierung von Verkehrs- und Energiesystemen. Allerdings stehen derzeit noch viele technische Hürden und Herausforderungen im Weg, um die Quanteninformatik zum Mainstream zu machen. Dazu gehören unter anderem die Verbesserung der Quantenhardware und -software, die Entwicklung neuer Algorithmen und Protokolle sowie die Überwindung von Störungen und Fehlerquellen in der Informationsübertragung. Trotzdem ist die Quanteninformatik ein aufregendes und vielversprechendes Forschungsfeld, das in den kommenden Jahren sicherlich noch für viele Überraschungen sorgen wird.