Quanten - kleine Teilchen, große Wirkung

Quantentechnologien – Von der Grundlagenforschung zur Krebsbehandlung

Seit dem 17. Jahrhundert haben Naturwissenschaftler Naturphänomene nicht nur verstanden, sondern ihr Wissen genutzt, um sie zu kontrollieren – eine Grundlage für Bildgebung und Messtechnik. Mit Glaslinsen ließ sich Licht lenken, wodurch Teleskope und Mikroskope entstanden. Antoni van Leeuwenhoek entdeckte so Bakterien und wurde zum ersten Mikrobiologen der Menschheitsgeschichte. Im späten 19. Jahrhundert revolutionierte Wilhelm Conrad Röntgen mit der Entdeckung der nach ihm benannten Strahlen die medizinische Bildgebung – eine Technik, von der fast jeder schon profitiert hat. In der Mitte des 20. Jahrhunderts folgte die Magnetresonanztomographie, die heute unverzichtbar ist, um Weichgewebe darzustellen und Ärzten entscheidende diagnostische Informationen zu liefern. Das 21. Jahrhundert steht im Zeichen der Quantentechnologien. Sie ermöglichen es, atomare Teilchen präzise zu positionieren und ihre Dynamik zu steuern. In diesem Vortrag wird gezeigt, wie es gelungen ist, mit diesen Technologien neue Methoden der medizinischen Bildgebung hervorzubringen um damit die Krebsbehandlung zu revolutionieren.

Wir erleben einen Paradigmenwechsel im Informationszeitalter: Die Kodierung von Informationen in winzigen Quantenteilchen wie Photonen oder Elektronen hat die Art und Weise, wie wir Informationen verarbeiten und verstehen, revolutioniert. Von Quantencomputer, also Rechenmaschinen, die auf solchen Quanteneffekten basieren, erwarten wir, dass sie Rechnungen durchführen, die für aktuelle Rechner schwierig bis unmöglich nachzurechnen sind.
Doch wie kontrollieren wir die Ergebnisse einer Maschine, deren Rechnungen wir nicht mehr anderweitig nachrechnen können?
Der Frage was Quantencomputer eigentlich sind, wie sie funktionieren und wie man ihre Funktionsweise kontrolliert, werden wir zusammen bei meinem Pint of Science nachgehen.

Die internen Zustände von Atomen und Molekülen sind gequantelt, d.h. sie haben bestimmte wohl-definierte Eigenschaften und Energien. Im Vortrag geben wir einen Einblick, wie man Atome in solchen Zuständen selektiv präparieren kann, um anschließend mit ihnen Experimente auf einem fundamentalen Niveau durchzuführen. Eine Schlüsseltechnologie für die Präparation ist, die Atome auf niedrigste Temperaturen abzukühlen und in Fallen zu speichern. Nach der Präparation ist es mit Hilfe von Laserstrahlen und anderen elektromagnetischen Feldern möglich, eine hohe Kontrolle über die Dynamik der Teilchen und ihre Wechselwirkungen zu erlangen. Wir geben Beispiele für spannende Forschungsfragen und Anwendungen, bei denen kalte Atome und Moleküle verwendet werden.