Quantum Technologies – Origins and Applications

Anlässlich des Internationalen Quantenjahrs hatte dieses Seminar die Entwicklungsgeschichte wichtiger Quantentechnologien und deren heutige Anwendungen zum Thema. Das Seminar fand in Steinbach am Taunus vom 1.9. bis 4.9.2025 statt und zeigte an ausgewählten Technologien, wie fundamental wichtig die experimentelle Beobachtung ist und wie sich aus ihr über die nachfolgenden Jahrzehnte Technologien entwickelt haben, die das Leben der Menschheit völlig verändert haben. 

Aufbauend auf Otto Sterns Molekularstrahlmethode und dem mit dieser Methode durchgeführten Stern-Gerlach-Experiment (1922 in Frankfurt) zeigte eine Reihe von Vorträgen, wie aus diesem wichtigen Grundlagenexperiment bedeutende Quantentechnologien wie das MNR-Verfahren mit Anwendungen in der Biologie, in der Medizin und in den „Life Sciences“, die Atomuhr oder der erste Maser hervorgegangen sind. 

Die vielleicht wichtigste Errungenschaft der Quantenphysik ist die Laser-Technologie, die auf Arbeiten von Charles Townes beruht, dem 1951 mit Hilfe einer Stern-Gerlach-Apparatur eine Besetzungsinversion gelang. Mehrere Vorträge rekapitulierten die Entwicklungsgeschichte von Maser und Laser und beschrieben Beispiele von Laseranwendungen in der Physik und Medizin wie die Untersuchung ultraschneller Elektronendynamik in Atomen und Molekülen mittels Attosekunden-Pulsen.

Für die Wissenschaft sowie die globale Wirtschaft spielt das SI-Einheitensystem mit Standards, die auf der Quantenphysik beruhen, eine essenzielle Rolle. Mehrere Vorträge stellten Präzisionsmessungen vor, die mit diesen Quanten-Standards zusammenhängen. So ermöglichen Ionenfallen heute die Bestimmung von Teilchenmassen mit einer Genauigkeit, die übertragen auf den Eiffelturm dem Massenzuwachs durch eine auf ihm gelandeten Biene entspricht. Auch lassen sich prinzipielle Symmetrieeigenschaften der Natur heute auf dreizehn Dezimalstellen verifizieren, während Atomuhren eine absolute Genauigkeit von ca. 10-19 Sekunden erreichen. 

Weitere Vorträge waren der Entwicklungsgeschichte der Mikroskopie mit Photonen und ihren heutigen Anwendungen im Röntgenbereich sowie der Entwicklung der „Scanning Tunneling Microscopy“ STM und damit erzielten Ergebnissen gewidmet sowie schließlich den bisher erreichten Entwicklungswegen und den noch anvisierten Zielen von Quantencomputern.

Die Vorträge von ausnahmslos Wissenschaftlern, die auf dem jeweiligen Gebiet höchste internationale Reputation erlangt haben, sind online zu finden (https://atom.uni-frankfurt.de/links/841_WE_Heraeus_Seminar/. Eine Postersitzung mit hervorragenden Beiträgen von Nachwuchswissenschaftlern rundete das Programm ab. Wir danken der WE-Heraeus-Stiftung für die großzügige Finanzierung. 

Prof. Dr. Horst Schmidt‐Böcking, U Frankfurt
Prof. Dr. Klaus Blaum, MPK Heidelberg
Cyrus Walther, IAPS