Die Bayerische Akademie der Wissenschaften (kurz BAdW) ist eine der ältesten und größten Forschungsstätten Deutschlands. Sie betreibt innovative Forschung und sogar das größte Rechenzentrum Deutschlands. Jedes Jahr bietet die Akademie ein Schülerprogramm an, zu welchem jeweils zwei Schülerinnen und Schüler einer bayerischen Schule gehen dürfen. Dieses Jahr war das Thema: „Quantentechnologien“, wo man Einblicke ins Walther-Meißner-Institut, das Leibniz-Rechenzentrum und auch das Max-Planck-Institut für Quantenoptik bekam.
Nach der Anreise am 11. April mit der Bahn haben wir erstmal im Hotel in Garching eingecheckt. Anschließend, beim gemeinsamen Abendessen mit den Schülerinnen und Schülern aus ganz Bayern, wurden wir begrüßt von Prof. Dr.-Ing. Johannes Huber und Prof. Dr. Rudolf Gross, die uns schon einen ersten Einblick ins Thema gegeben haben und uns erzählten, was uns am nächsten Tag erwarten wird.
Am nächsten Morgen war unsere erste Station das Walther-Meißner-Institut. Dieses führt sowohl Grundlagenforschung als auch angewandte Forschung im Bereich der Niedrig- und Ultraniedrigtemperatur-Physik durch, mit besonderem Schwerpunkt in Supraleitfähigkeit, Magnetismus und Quantenphänomenen. Dort wurde uns als erstes ein Elektronenmikroskop gezeigt und erklärt. Dieses konnte sogar auf ein paar Nanometer genau messen. Ein Nanometer ist ungefähr die Länge von sechs Silizium Atomen. Unter dem Elektronenmikroskop wurde uns auch ein Josephson-Kontakt gezeigt, der ein zentrales Element eines Quantencomputers ist und der auf Supraleitung beruht. Des Weiteren wurden uns ein paar Maschinen gezeigt, mit denen man auf wenige Nanometer genau fertigen kann. Allerdings erführen wir, dass dies nur unter extremen Bedingungen möglich ist, also im luftleeren Raum. In eine solcher Maschinen konnten wir sogar reinschauen, da diese gerade gewartet wurden. Eine weitere Station im Walther-Meißner-Institut war eine Apparatur zum Untersuchen der Eigenschaften sogenannter Qubits bei Temperaturen nahe dem Nullpunkt. Qubits sind sogzusagen die Recheneinheiten eines Quantencomputers. Qubits sind vergleichbar mit normalen Bits, nur das die Qubits quantenmechanische Zustände sind, die viel mehr Werte als nur 1 und 0 annehmen können. Das ist auch der Grund, warum ein Quantencomputer wesentlich schneller im Lösen von Problemen werden könnte als ein herkömmlicher Computer und sogar die heutigen Verschlüsselungen in weiter Zukunft knacken könnte. Das ist auch einer der Gründe, warum sich eine Forschungsgruppe mit der Quantenkommunikation auseinandersetzt. Diese Art der Kommunikation gilt als unknackbar, allerdings sind die Versuchsaufbauten noch sehr groß, wie im Bild auch zu sehen ist, und man hat noch mit zahlreichen Problemen zu kämpfen.
Unsere nächste Station auf dem Forschungsgelände war das Leibnitz-Rechenzentrum. Das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) in Garching bei München ist ein führendes Supercomputing-Zentrum Europas. Seit seiner Gründung im Jahr 1962 steht das LRZ an der Spitze der Technologieentwicklung. Mit leistungsstarken Hochleistungsrechnern und erstklassiger Infrastruktur bietet es Forschern in Europa die Möglichkeit, komplexe Simulationen durchzuführen. Nach einer kurzen Einweisung war es uns erlaubt, durch die Server-Räume zu gehen und sogar die Recheneinheiten zu besichtigen. Während der Führung haben wir erfahren, dass die Rechner mittlerweile sechs Megawatt an Leistung benötigen, weswegen man dort langsam ein Problem mit der Stromversorgung und mit der Wärmeentwicklung in den Rechnern bekommt. Des Weiteren wurde uns auch der Quantencomputer des LRZ gezeigt. Dies war aber nicht sonderlich spannend, da man nicht viel gesehen hat.
Als letztes auf dem Forschungsgelände besichtigten wir das Max-Plank-Institut für Quantenoptik. Das Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München ist ein weltweit führendes Forschungsinstitut, das sich auf die Erforschung der Quantenphysik spezialisiert hat. Durch interdisziplinäre Zusammenarbeit und wegweisende Forschung trägt das Institut maßgeblich zur Entwicklung von Quantentechnologien und zur Weiterentwicklung unseres Verständnisses der Quantenwelt bei. Dort wurde uns zuerst der weltweit erste entwickelte Laser von Theodore H. Mainman gezeigt. Anschließend wurden uns näher die Prinzipien der Verschränkungen und Superpositionszustand anschaulich erklärt, welche eine wichtige Rolle im Blick auf Quantencomputer spielen.
Nach einer kurzen Stärkung ging es dann zum Symposium der BAdW über Quantencomputer. Der erste Vortrag wurde von Prof. Dr. Tanja Mehlstäubler präsentiert. Dabei gab sie Einblicke in die Funktion atomarer Uhren und deren Rolle in der Quanteninformationsverarbeitung. Zudem erläuterte sie, wie die präzise Kontrolle von Atomzuständen zur Entwicklung hochgenauer Quantensensoren und zur Realisierung von Quantencomputern beiträgt.
Der zweite Vortrag wurde von Prof. Dr. Gerhard Rempe gehalten. Dieser sprach über seine Arbeit im Bereich der Quantenoptik und der Quantenkommunikation. Er erklärte, wie die Quantenkommunikation auf Basis kleiner Quanten funktioniert und betonte die Bedeutung von Quantenkommunikation für sichere Datenübertragung und künftige Netzwerke.
Prof. Dr. Christian Degen präsentierte seine Forschung im Bereich der Quantenmessung und Nanotechnologie. Er erläuterte, wie Nano-Skalenmagnete und Quantensensoren zur Untersuchung von Materialien auf atomarer Ebene funktionieren und wie diese eingesetzt werden können.
Prof. Dr. Rainer Blatt schloss das Symposium mit einem Einblick in seine Arbeit im Bereich der Quanteninformationsverarbeitung ab. Er sprach über die Fortschritte bei der Skalierung von Quantencomputern und deren Potenzial für Anwendungen in der Simulation komplexer Systeme.
Nach den Vorträgen gab es dann noch eine abschließende Podiumsdiskussion über das Thema der Herausforderungen der Skalierung von Quantencomputern, aber auch die potenziellen Anwendungen in verschiedenen Branchen, wodurch ein umfassendes Verständnis für die Zukunft dieser faszinierenden Technologie gewonnen wurde, bevor es dann wieder mit der Bahn nach Hause ging.
Insgesamt bot der Ausflug zur der Bayerischen Akademie der Wissenschaften einen spannenden Einblick in den aktuellen Stand der Forschung im Bereich Quantencomputer und Quantenkommunikation.
