Fizyka kwantowa z bliska: studenci odkrywają fascynujące technologie przyszłości!

Fizyka kwantowa z bliska: studenci odkrywają fascynujące technologie przyszłości!

14 października 2025 r. na Uniwersytecie w Ulm odbył się „AcademyDay”, którego adresatami byli szczególnie uczniowie szkół średnich z regionu. Wydarzenie było częścią Tygodnia Kwantowego w Ulm i festiwalu kwantowego „quant.ulm.2025”. Około 120 zainteresowanych uczestników, w tym studenci i nauczyciele przedmiotu, zebrało się, aby zanurzyć się w fascynującym świecie fizyki kwantowej.

Obecnych powitał profesor Aleksander Kubanek, szef grupy roboczej ds. hybrydowych układów kwantowych. Jego oferta otwierająca dotyczyła podstawowych wyzwań stojących przed zrozumieniem fizyki kwantowej. W szczególności podkreślono, że zjawiska kwantowe często nie są możliwe do zaobserwowania w życiu codziennym. Wyraźnie wyjaśniono efekty mechaniki kwantowej, takie jak splątanie cząstek.

Podstawy fizyki kwantowej

Dr Michael Gaida wyjaśnił różnicę pomiędzy fizyką klasyczną a mechaniką kwantową i przeprowadził uczniów przez praktyczne eksperymenty. Krąg kwantowy z pięcioma stacjami dał uczestnikom możliwość bezpośredniego doświadczenia i zrozumienia różnych zjawisk kwantowych. Stacje te obejmowały:

• 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

Ponadto uczniowie mieli możliwość zapoznania się z eksponatami autobusu „Q-Bus” Federalnego Ministerstwa Badań, Technologii i Przestrzeni Kosmicznej oraz wzięcia udziału w wycieczce po laboratorium. Musieli sprawdzić konfiguracje eksperymentalne, na przykład te do eksperymentów laserowo-optycznych w ekstremalnie niskich temperaturach. W wydarzeniu wzięli udział także znani profesorowie, tacy jak Joachim Ankerhold i Martin Plenio, którzy wypowiadali się na temat kwantu i jego zastosowań w medycynie.

Przyszłość komunikacji kwantowej

Pionierskim tematem badań kwantowych jest komunikacja kwantowa. Wykorzystuje to zasady mechaniki kwantowej, takie jak splątanie kwantowe i superpozycja kwantowa, do niemal bezpiecznego przesyłania informacji. Centralnym elementem tej technologii jest kwantowa dystrybucja klucza (QKD), która umożliwia bezpieczną wymianę danych pomiędzy dwiema stronami. Próby podsłuchu można natychmiast wykryć na podstawie odchyleń w rozkładzie statystycznym. Istnieją już komercyjne zastosowania tych technologii, a pierwsi klienci testują odpowiednie systemy.

Obecne projekty pilotażowe, takie jak inicjatywa QuNet, wykazują początkowy sukces poprzez połączenie węzłów sieci w kilku lokalizacjach w Berlinie. Trwają także prace nad wzmacniaczami kwantowymi i technologią satelitarną, które umożliwią komunikację kwantową na duże odległości. Technologie te mogą być szczególnie ważne dla komunikacji rządowej i wojskowej, a także dla bezpiecznych transakcji finansowych.

Badania w dziedzinie komunikacji kwantowej oferują zatem ogromne możliwości i mogą położyć podwaliny pod przyszły Internet kwantowy. Jak podkreśla Viviana Villafañe, fizyk z Politechniki Monachium, centra kolorów w diamentach są potencjalnie kluczowe dla rozwoju bezpiecznej infrastruktury komunikacyjnej ze względu na ich szczególne właściwości mechaniki kwantowej.

Podsumowując, „AcademyDay” na Uniwersytecie w Ulm pokazuje, jak ważne jest wzbudzanie zainteresowania młodych odbiorców badaniami kwantowymi i ich różnorodnymi zastosowaniami. Tego typu inicjatywy są niezbędne, aby inspirować kolejne pokolenia naukowców, a jednocześnie zapewniać głębokie zrozumienie wyzwań i możliwości w tej ekscytującej dziedzinie badań.