Kvantfüüsika lähedalt: õpilased avastavad põnevaid tulevikutehnoloogiaid!

Kvantfüüsika lähedalt: õpilased avastavad põnevaid tulevikutehnoloogiaid!

14. oktoobril 2025 toimus Ulmi ülikoolis “AcademyDay”, mis oli suunatud just piirkonna keskkooliõpilastele. Üritus oli osa Ulmi kvantnädalast ja kvantfestivalist “quant.ulm.2025”. Ligikaudu 120 huvilist, sealhulgas õpilased ja erialaõpetajad, tulid kokku, et sukelduda kvantfüüsika põnevasse maailma.

Kohaletulnuid tervitas hübriidkvantsüsteemide töörühma juht professor Alexander Kubanek. Tema avapakkumine käsitles kvantfüüsika mõistmise põhilisi väljakutseid. Eelkõige rõhutati, et kvantnähtusi pole sageli võimalik igapäevaelus jälgida. Kvantmehaanilised efektid, nagu osakeste takerdumine, olid selgelt selgitatud.

Kvantfüüsika alused

Dr Michael Gaida selgitas klassikalise füüsika ja kvantmehaanika erinevust ning juhatas õpilasi läbi praktiliste katsete. Viie jaamaga kvantring andis osalejatele võimaluse vahetult kogeda ja mõista erinevaid kvantnähtusi. Nende jaamade hulka kuulusid:

• 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

Lisaks said õpilased avastada föderaalse teadus-, tehnoloogia- ja kosmoseministeeriumi Q-bussi eksponaate ning osaleda laboriekskursioonil. Nad pidid kontrollima eksperimentaalseid seadistusi, näiteks laser-optiliste katsete jaoks väga madalatel temperatuuridel. Üritusel osalesid ka tunnustatud professorid nagu Joachim Ankerhold ja Martin Plenio, kes rääkisid kvantidest ja selle rakendustest meditsiinis.

Kvantkommunikatsiooni tulevik

Kvantuuringute teedrajav teema on kvantkommunikatsioon. See kasutab teabe peaaegu turvaliseks edastamiseks kvantmehaanika põhimõtteid, nagu kvantpõimumine ja kvantsuperpositsioon. Selle tehnoloogia keskseks elemendiks on kvantvõtmejaotus (QKD), mis võimaldab kahe osapoole vahel turvaliselt andmeid vahetada. Pealtkuulamiskatseid saab kohe tuvastada statistilise jaotuse kõrvalekallete kaudu. Nendel tehnoloogiatel on juba kommertsrakendusi ja esimesed kliendid testivad vastavaid süsteeme.

Praegused pilootprojektid, nagu QuNeti algatus, näitavad esialgset edu, ühendades võrgusõlmed mitmes kohas Berliinis. Samuti on käimas töö kvantreiiterite ja satelliidipõhise tehnoloogia kallal, et võimaldada kvantkommunikatsiooni pikkade vahemaade tagant. Need tehnoloogiad võivad olla eriti olulised valitsuse ja sõjaväe side ning turvaliste finantstehingute jaoks.

Seetõttu pakuvad kvantkommunikatsiooni valdkonna uuringud suurepäraseid võimalusi ja võivad panna aluse tulevasele kvantinternetile. Nagu rõhutab Müncheni tehnikaülikooli füüsik Viviana Villafañe, on teemantide värvikeskused nende eriliste kvantmehaaniliste omaduste tõttu potentsiaalselt otsustava tähtsusega turvaliste sideinfrastruktuuride arendamiseks.

Kokkuvõttes näitab Ulmi ülikooli „AcademyDay“, kui oluline on noorte publiku kvantuuringutest ja selle mitmekesistest rakendustest elevust tekitada. Sellised algatused on olulised, et inspireerida järgmist põlvkonda teadlasi, luues samas sügava arusaama selle põneva uurimisvaldkonna väljakutsetest ja võimalustest.