Kvantová fyzika zblízka: Studenti objevují fascinující technologie budoucnosti!

Kvantová fyzika zblízka: Studenti objevují fascinující technologie budoucnosti!

Dne 14. října 2025 proběhl na univerzitě v Ulmu „AcademyDay“, který se konkrétně zaměřil na středoškoláky z regionu. Akce byla součástí Ulm Quantum Week a kvantového festivalu „quant.ulm.2025“. Přibližně 120 zainteresovaných účastníků, včetně studentů a odborných učitelů, se sešlo, aby se ponořili do fascinujícího světa kvantové fyziky.

Přítomné přivítal profesor Alexander Kubánek, vedoucí pracovní skupiny pro hybridní kvantové systémy. Jeho úvodní nabídka se zabývala základními výzvami porozumění kvantové fyzice. Zejména bylo zdůrazněno, že kvantové jevy často není možné pozorovat v každodenním životě. Kvantově mechanické efekty, jako je propletení částic, byly jasně vysvětleny.

Základy kvantové fyziky

Dr. Michael Gaida vysvětlil rozdíl mezi klasickou fyzikou a kvantovou mechanikou a provedl studenty praktickými experimenty. Kvantový kruh s pěti stanicemi dal účastníkům příležitost přímo zažít a pochopit různé kvantové jevy. Tyto stanice zahrnovaly:

• Quantenmechanische Verschränkungseffekte mit einem Kartenspiel namens SuperPosition
• Komplementarität gemäß der Heisenbergs Unschärferelation
• Farbzentren in künstlichen Diamanten, die für die Quantenkommunikation genutzt werden können
• Magnetische Levitation
• Quantenradierer

Kromě toho mohli studenti objevit exponáty z „Q-Bus“ Spolkového ministerstva pro výzkum, technologii a vesmír a zúčastnit se prohlídky laboratoře. Museli zkontrolovat experimentální nastavení, jako jsou například laserově-optické experimenty při extrémně nízkých teplotách. Akce se zúčastnili i renomovaní profesoři jako Joachim Ankerhold a Martin Plenio, kteří hovořili o kvantu a jeho aplikacích v medicíně.

Budoucnost kvantové komunikace

Průkopnickým tématem v kvantovém výzkumu je kvantová komunikace. To využívá principy kvantové mechaniky, jako je kvantové provázání a kvantová superpozice, k přenosu informací téměř bezpečně. Ústředním prvkem této technologie je kvantová distribuce klíčů (QKD), která umožňuje bezpečnou výměnu dat mezi dvěma stranami. Pokusy o odposlech lze okamžitě odhalit prostřednictvím odchylek ve statistickém rozložení. Již existují komerční aplikace těchto technologií a první zákazníci testují odpovídající systémy.

Současné pilotní projekty, jako je iniciativa QuNet, vykazují počáteční úspěch připojením síťových uzlů na několika místech v Berlíně. Pracuje se také na kvantových opakovačích a satelitní technologii, která umožní kvantovou komunikaci na velké vzdálenosti. Tyto technologie by mohly být zvláště důležité pro vládní a vojenské komunikace a také pro bezpečné finanční transakce.

Výzkum v oblasti kvantové komunikace proto nabízí velké příležitosti a mohl by položit základy budoucího kvantového internetu. Jak zdůrazňuje Viviana Villafañe, fyzička z Technické univerzity v Mnichově, barevná centra v diamantech jsou potenciálně klíčová pro rozvoj bezpečných komunikačních infrastruktur díky svým speciálním kvantově mechanickým vlastnostem.

Stručně řečeno, „AcademyDay“ na Ulm University ukazuje, jak důležité je nadchnout mladé publikum pro kvantový výzkum a jeho rozmanité aplikace. Iniciativy, jako jsou tyto, jsou nezbytné pro inspiraci příští generace vědců a zároveň vytvářejí hluboké porozumění výzvám a příležitostem v této vzrušující oblasti výzkumu.