Quantum Mail

Any questions for the researchers?

The MCQST exhibition module of the special exhibition "Light and Matter" at the Deutsches Museum focuses on current research regarding quantum science and technology in the making. However, you will notice that many open questions remain. Where is the research heading? What are the opportunities and risks?

At this station, visitors have the opportunity to ask their own questions to the researchers. The questions are written on a postcard and posted in the letterbox. The answers can be viewed here.

Check the Quantenpost page for all the questions and answers. We try to asnwer the questions in the language they were asked, to the extent possible.

Questions about applications & impact of quantum physics

Do you think quantum technologies can stop wars? And also, can quantum technologies be used by us in the future?

Do you think quantum technologies can stop wars? And also, can quantum technologies be used by us in the future?

Quantum technologies, like any other technology, can be used for good and bad purposes. Scientists always hope that politicians and, in the last term, society, will regulate their use so that it only adds benefits to society and, in this sense, are used to stop wars and any other kind of violence.

Regarding if they will be used by us in the future, yes, I am sure about that. This will not happen from a day to the next, but they will be slowly and continuously introduced in our lives.

- Ignacio Cirac, Director at the Max Planck Institute of Quantum Optics

What are the most concerning applications of quantum technology in the near future? Weaponization? Military or security applications?

What are the most concerning applications of quantum technology in the near future? Weaponization? Military or security applications?

One major concern is the impact on cryptography. Quantum computers could break widely used encryption methods. This capability would compromise the security of sensitive data, including military communications, financial transactions, and personal information. Quantum sensing and imaging technologies also pose strategic challenges. These technologies have the potential to create extremely sensitive detection systems, which can give great advantages to science but also enable to track stealth aircraft, detect submarines, and improve radar systems. Such advancements could undermine existing stealth technologies and shift the balance of military power, potentially leading to a new arms race as nations strive to maintain strategic advantages. In the realm of quantum communications, the development of unhackable quantum communication networks could give certain nations a significant edge in secure communications. This would enhance their ability to conduct intelligence operations and coordinate military activities without the risk of interception.

However, the same technology could also be used to develop secure communication channels for malicious activities, complicating efforts to combat terrorism and other security threats. Furthermore, quantum-enhanced artificial intelligence (AI) poses dual-use risks. Quantum computing could significantly accelerate AI and machine learning, leading to advancements in autonomous weapons, sophisticated cyberattacks, and enhanced surveillance systems. The ethical and security implications of such technologies are profound, as they could lead to increased automation in warfare and more invasive surveillance, raising concerns about privacy and human rights. Addressing these risks proactively is crucial to ensuring that the advancements in quantum technology contribute to global security and stability rather than exacerbating threats and conflicts.

- Julia Draeger, PhD student at TUM

Ist es nicht auch wichtig, über die Bedeutung der Technologien zu sprechen? Wohin führen uns Datenmengen in kürzester Zeit transportiert und gespeichert? Verantwortung der Wissenschaft?

Ist es nicht auch wichtig, über die Bedeutung der Technologien zu sprechen? Wohin führen uns Datenmengen in kürzester Zeit transportiert und gespeichert? Verantwortung der Wissenschaft?

Die Beförderung und Speicherung von großen Datenmengen ist zur Zeit keine Anwendung von Quantentechnologien.

Darüber hinaus gibt es am Anfang eines Projektes immer zwei Fragen: “Können wir das Angestrebte erreichen?“ und “Sollten wir Angestrebte erreichen?”. Letztere versucht die gesellschaftliche Relevanz und Verantwortung der Forschung zu ergründen. Diese Frage ist derart wichtig, dass bei nahezu jeder wissenschaftlichen Veröffentlichung versucht wird, diese Frage zu beantworten.

- Timo Sommer, Doktorand an der TUM

Could we imagine a future where quantum computers are normal and everyone has one of them? If yes in how much time and how would we be able to cool such a computer in the case of a regular laptop?

Could we imagine a future where quantum computers are normal and everyone has one of them? If yes in how much time and how would we be able to cool such a computer in the case of a regular laptop?

At this moment, we cannot tell for sure. However, the idea seems to be that most people will be able to access the “cloud” and connect to a quantum computer that is owned by a company (Google, IBM etc). Quantum computers become useful only for very big problems that maybe companies could have (for example, optimal routing of the electrical network in Germany), but for small scale problems (such as going from your house to a restaurant as fast as possible) classical computers are already very fast, so it will not be very useful to own one.

- Daniel Molpeceres, PhD student at TUM

Gibt es bereits Produkte für jedermann, die Quantenphänomene nutzen?

Gibt es bereits Produkte für jedermann, die Quantenphänomene nutzen?

Ja! Tatsächlich überraschend viele (man könnte wahrscheinlich auch argumentieren, dass fast alle Prozesse auf Quantenphänomenen basieren). Ein schönes Beispiel von etwas, was jeder kennt, sind Magnete!

Viele Atome, und auch ihre Bausteine wie Protonen, Neutronen und Elektronen haben eine Eigenschaft, die sich Spin nennt. Das kann man sich vorstellen, also würden sie eine kleine Kompassnadel mit sich herumtragen. In einem ferromagnetischen Material, wie zum Beispiel Eisen, haben die Atome einen solchen Spin. Bei sehr hohen Temperaturen, für Eisen sind die Temperaturen über 770 Grad Celsius, sind diese Spins alle ungeordnet und Eisen ist ein Paramagnet. Bei Temperaturen unter 770 Grad, ist Eisen aber ferromagnetisch.

Das heißt, die Spins zeigen alle in eine Richtung. Man spricht dann von einer endlichen Magnetisierung. Solche Materialien können von einem Permanentmagneten magnetisiert werden und werden von diesem dann angezogen.

- Dr. Johanna K. Jochum, Wissenschaftlerin am Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz

Wie können Quantentechnologien dabei helfen, die Probleme unserer Welt (z.B. Klimakrise) zu bewältigen?

Wie können Quantentechnologien dabei helfen, die Probleme unserer Welt (z.B. Klimakrise) zu bewältigen?

In der Klimaforschung werden rechenintensive Berechnungen benötigt, da das Klima ein sehr komplexes System ist, welches man nur mit viel Rechenleistung versuchen kann, realitätsnah zu simulieren. Vielleicht könnte ein Quantencomputer einige Algorithmen zu komplexen Simulationen wie dem Klima deutlich beschleunigen. Aber meiner Meinung nach haben wir schon genug Wissen darüber, dass der Mensch sein Verhalten ändern muss, um das Klima noch zu retten. Vielleicht könnte man jedoch mit neuer Rechenleistung einige Szenarien besser abschätzen, um größere Katastrophen besser vermeiden zu können. Außerdem können mithilfe der Quantentechnologien präzisere Sensoren entwickelt werden, die uns mehr Daten liefern könnten, z.B. aus der Messung des Magnetfeldes oder des Gravitationspotentials in der Geodäsie. Quanten-Sensoren könnten aber auch in der Medizin Anwendung finden. Ein anderes Feld der Quantentechnologien ist die Quanten-Kryptografie, bei der es uns gelingen könnte, für mehr Sicherheit und Schutz vor Internet-Angriffen zu sorgen.

– Dr. Vitaly Wirthl, Postdoktorand am Max Planck Institute für Quantenoptik

What is the biggest impact Quantum physics can have on the world?

What is the biggest impact Quantum physics can have on the world?

The most significant impact of Quantum physics is likely to be on biological sciences. We're talking about potentially achieving the near eradication of all diseases and the complete decoding of the human brain. The consequences of such advancements are truly unimaginable. Biological and medical fields have historically been, and continue to be, the primary concerns for most people due to their direct influence on human health and well-being.

While quantum computing holds the promise of revolutionizing many other fields, such as cryptography, material science, and logistics, its implications for biology and medicine are particularly profound. Through quantum computers, we may one day be able to simulate complex biological systems with unprecedented accuracy. This includes simulating the brain's neural networks, which could lead to a deep and comprehensive understanding of consciousness, cognition, and mental disorders.

Moreover, with a thorough understanding of quantum mechanics, we could potentially unlock the mysteries of the human brain at a molecular level, leading to groundbreaking treatments for neurological diseases, mental health conditions, and even the enhancement of human cognitive abilities.

Such advancements will deeply affect our society, shaping it in ways we can't fully predict or imagine. We hope these changes will be for the greater good.

- Mohamed Moez Abid

Was bringt den Menschen die Forschung an der Quantenphysik? Könnten wir nicht auch ohne sie leben?

Was bringt den Menschen die Forschung an der Quantenphysik? Könnten wir nicht auch ohne sie leben?

Ohne Quantenphysik würde leider die Sonne nicht strahlen. Ohne die Quantenphysik können wir also nicht leben, doch können wir ohne die Forschung an der derselbigen leben?

Da dieses Forschungsfeld recht jung ist, muss man sagen, dass die Menschen lange Zeit ohne sie leben konnten. Dennoch ermöglichen uns Erkenntnisse der Quantenphysik sehr wichtige technologische Fortschritte. Bspw. hat uns das Verständnis über die Vorgänge in Halbleitern ermöglicht, Prozessoren und damit auch Computer zu bauen. Dazu ist die Quantenphysik entscheidend. Auch Laser und einige medizinische Messgeräte basieren auf Quanteneffekten. Letztlich hilft das Verständnis über die Quantenphysik auch chemische oder biologische Prozesse besser zu verstehen.

– Lukas Schleicher, Doktorand an der TUM

What would the world be like, if we hadn’t discovered quantum? - Fabiana, Italy

What would the world be like, if we hadn’t discovered quantum? - Fabiana, Italy

Extremely different! Much of our understanding of materials over the last 100 years has been dependent on quantum theory, which continues to be applied in countless ways. We wouldn’t have computers or smartphones that rely on our understanding of semiconductors, for starters!

– Emily Haworth, Sustainability Initiative Founder at PushQuantum

Is there an imminent danger of making quantum computers publicly accessible and thus corrupting current cryptography practices?

Is there an imminent danger of making quantum computers publicly accessible and thus corrupting current cryptography practices?

They’re already publicly accessible! You can play around with them without any worries however - they’re still much too small and noisy to pose any danger. A lot of brilliant ingenuity is going into improving them though, so there is simultaneous work on alternative cryptography solutions.

– Emily Haworth, Sustainability Initiative Founder at PushQuantum

Will quantum physics help to solve or find solutions to climate change? Are there maybe already findings?

Will quantum physics help to solve or find solutions to climate change? Are there maybe already findings?

Indeed quantum physics has been key to our understanding of why climate change is happening and also underpins many solutions, such as solar panels. Science has been offering continued understanding and solutions for decades now. It lies outside the realms of science to ensure these findings are acted upon.

– Emily Haworth, Sustainability Initiative Founder at PushQuantum

Questions about physical and technical content

Kann man mit dem Phänomen von Quantum-Entanglement Information ”funktionell” schneller als die Geschwindigkeit von Licht senden?

Kann man mit dem Phänomen von Quantum-Entanglement Information ”funktionell” schneller als die Geschwindigkeit von Licht senden? Bsp.: Es werden mit der Parker II Musik n-Anzahl an entangled Information geschickt, dann bei gewissen Triggern die dazugehörige Entanglement auslösen, und so die Info auf der Erde sofort ankommt anstatt nach ~8 Minuten? -Zike

Nein, das ist leider nicht möglich. Zwar legen sich die Zustände von verschränkten Systemen sofort fest, wenn man einen dieser Zustände bestimmt, allerdings kann man damit keine Information übertragen werden. Um einen Informationsaustausch zu ermöglichen, muss man nach der Messung eines verschränkten Systems immer noch das Ergebnis der Messung austauschen, da du vorher nicht weißt, was du messen wirst.

– Mirco Troue, Doktorand am Walter Schottky Institut, TUM

How many particles are needed to form a black hole?

How many particles are needed to form a black hole?

When a star has burned through all of its hydrogen and reached its end of life, two things can happen that depend on the mass of the star. Stars below the so-called Chandrasekhar limit become stable white dwarf stars. Stars above this limit can become neutron stars or black holes. This limit amounts to roughly 1.4 solar masses (expressed in tons this is a number with 28 digits). If you assume every particle to the the same mass, let’s say the mass of a proton, you would need 1.6*10^57 particles. This is a number with 58 digits: 1653000000000000000000000000000000000000000000000000000000

– Mirco Troue, PhD student at Walter Schottky Institut, TUM

Wie groß sind die kleinsten Teilchen des Universums?

Wie groß sind die kleinsten Teilchen des Universums?

Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die Physik unserer Elementarteilchen, d.h. der Elektronen, Quarks, Photonen etc. Innerhalb dieses Modells sind die Elementarteilchen punktförmig und bisher gibt es keine hinreichenden experimentellen Anzeichen, dass die Teilchen eine Substruktur oder “Größe” hätten. In Teilchenbeschleunigern wie dem LHC versucht man in Kollisionen mit immer höheren Energien nach einer Substruktur oder Physik jenseits des Standardmodells zu suchen. Alternativ gibt es auch Hochpräzisions-Experimente, die mit Hilfe von ultrakalten Molekülen nach Korrekturen von unserem Standmodell suchen wollen.

- Lukas Homeier, Doktorand an der Fakultät für Physik, LMU

How can photons be massless if they can hit objects?

How can photons be massless if they can hit objects?

Well, you have to define “hitting” precisely. Think about your body: it is made of atoms, which are essentially empty space, and you can still “hit” things, right? A “hit” could be described as a change in momentum (p), which depends on the energy (E) of your light; the famous E=mc^2 equation by Einstein is actually missing an important term; E^2=m^2c^4+p^2c^2, where p is the momentum. So a particle can have m=0 and still have energy, therefore being able to “hit” things!

- Lukas Homeier, Phd student at Fakultät für Physik, LMU

Gibt es im Alltag Quantenphänomene, die man beobachten/erleben kann?

Gibt es im Alltag Quantenphänomene, die man beobachten/erleben kann?

Zum einen kann man sagen, dass jedes Mal, wenn wir ein Handy oder Computer benutzen, wir Quantenphänomene „beobachten“: denn ohne Quantenphänomene (nämlich quantisierte Energiezustände) wäre die Halbleiter-Technologie, auf der die heutige Elektronik basiert, nicht möglich.

Aber wo wir ein ganz entscheidendes Quantenphänomen erleben können, ist das Sonnenlicht. Zunächst kann die Sonne nur deshalb leuchten, weil bei der Fusion der Tunneleffekt stattfindet - ohne dieses Quanten-Tunneln könnten die Wasserstoffkerne gar nicht fusionieren, weil sie nicht genug Energie hatten, um die elektrostatische Abstoßung (“Coulomb-Wall”) zu überwinden. Aber durch das Quantenphänomen der Energie-Zeit-Unschärfe kann die Energieerhaltung für eine kurze Zeit verletzt werden, sodass die Kerne fusionieren können.

Die Quantenphysik kommt aber auch bei den Eigenschaften des Sonnenlichts zum Vorschein: wenn man nämlich sich das Spektrum des Sonnenlichts (d.h. die Aufteilung des Lichts nach Farben) anschaut, was man mit einem selbstgebauten Spektrometer aus einer CD machen kann. Die Beschreibung der Einhüllenden Funktion des Sonnenspektrums hat zur Entdeckung des Planckschen Strahlungsgesetzes geführt, was in der berühmten Quantenhypothese mündete. Außerdem hat bereits im Jahr 1814 unweit von München beim Kloster Benediktbeuern (heute gibt es dort ein Museum), Joseph von Fraunhofer im Sonnenspektrum sehr viele dunkle Linien beobachtet (die man auch mit dem erwähnten CD-Spektrometer beobachten kann!). Man kann sagen, dass in diesen Fraunhofer-Linien die Quantenphysik verborgen ist: Das Rätsel dieser diskret verteilten Linien kann man nur durch die quantisierten Zustände der Atome erklären. Interessant auch, dass in den Fraunhofer-Linien nicht nur die Quantenphysik, sondern auch andere Bereiche der modernen Physik enthalten sind: zum Beispiel hat die systematische Beobachtung der Fraunhofer-Linien in verschiedenen Sternen die moderne Astrophysik und Kosmologie begründet. Mithilfe der Fraunhofer-Linien hat man auch die beschleunigte Expansion des Universums entdeckt, die durch die rätselhafte dunkle Energie verursacht wird, die möglicherweise mit dem Quanten-Vakuum zusammenhängt, was wir in der Physik noch nicht fundamental verstanden haben.

- Dr. Vitaly Wirthl, Postdoktorand am Max Planck Institut für Quantenoptik

Ist es aus Sicht der Quantenphysik möglich, dass mein Geldbeutel gleichzeitig an zwei verschiedenen Orten ist und ich dann doppelt so viel Geld habe?

Ist es aus Sicht der Quantenphysik möglich, dass mein Geldbeutel gleichzeitig an zwei verschiedenen Orten ist und ich dann doppelt so viel Geld habe?

In der Quantenphysik ist es aufgrund von Superposition tatsächlich möglich, dass sich Objekte an mehreren Orten gleichzeitig befinden. Diese “Superposition” bricht allerdings zusammen, sobald jemand eine Messung des Orts an diesem Objekt durchführt. Die Gesamtwahrscheinlichkeit, das Objekt irgendwo zu messen, ist nach wie vor eins. Auf deinen Geldbeutel übertragen bedeutet dies, dass zum einen die Gesamtmenge des Geldes immer so groß ist, wie das ursprüngliche Geld im Geldbeutel und zum anderen, dass sobald du versuchst, Geld aus dem Geldbeutel zu nehmen, dieser sich zufällig für einen der Orte „entscheidet“ und somit nicht mehr am anderen Ort vorhanden ist.

– Mirco Troue, Doktorand am Walter Schottky Institut, TUM

Does entanglement have anything to do with tachyons?

Does entanglement have anything to do with tachyons?

No. They are really two completely different things. Tachyons are hypothetical particles that travel faster than the speed of light. They are often discussed in theoretical physics, but there's no experimental evidence to support their existence. Entanglement, on the other hand, is a real phenomenon observed in quantum mechanics where the quantum states of two particles become linked. If one particle's state changes, the other changes instantaneously. This does not involve faster-than-light travel of information.

– Mirco Troue, PhD student at Walter Schottky Institut, TUM

Wie oft muss ich gegen eine Wand rennen, um durchzukommen? Wie oft muss ich gegen die Außenwand des deutschen Museums rennen, um kostenlosen Eintritt zu bekommen?

Wie oft muss ich gegen eine Wand rennen, um durchzukommen? Wie oft muss ich gegen die Außenwand des deutschen Museums rennen, um kostenlosen Eintritt zu bekommen?

In der Quantenwelt gibt es Effekte, durch die Teilchen es schaffen Hindernisse zu meistern, die sie eigentlich nicht überwinden können. Dabei hängt es aber sehr stark davon ab, wie hoch und wie dick die Barriere (oder Wand) ist. Außerdem natürlich auch wie viel Energie das Teilchen hat (also wie schnell und wie schwer es ist). Die Wahrscheinlichkeit wird aber extrem gering, wenn die Barriere dicker ist, als nur ein paar Atome. Umso geringer die Wahrscheinlichkeit, um so öfter muss man gegen die Wand laufen, damit es klappt.

Leider ist die Wand des Deutschen Museum eher dick, findet man bspw. Stellen wie Glascheiben, bei der die Scheibe nur 1 cm Dick ist, dann sind das immer noch ca. 100 000 000 Atome - also sehr viel. Das Tunneln gestaltet sich hier als sehr schwierig. Die Gefahr besteht allerdings bei großen Teilchen (bspw. Menschen), dass wenn sie mit zu hoher Energie auf die Barriere treffen, diese zerstören können (man nennt das dann “Glasbruch”). Es ist also Vorsicht geboten!

Trotzdem ist die Wahrscheinlichkeit kostenlos hereinzukommen größer als 0%! Wenn das Deutsche Museum ca. 1x im Jahr einen Tag der offenen Tür hat, zu dem man kostenlos hereinkommt, ist das immerhin eine Wahrscheinlichkeit von 0,27 % pro Tag!

– Lukas Schleicher, Doktorand an der TUM

Can Quantum entanglement allow for time travel? If I entangle particles, 1 on earth and 1 orbiting in space and interact with the one on earth will the one in space “feel” this interaction at the same time?

Can Quantum entanglement allow for time travel? If I entangle particles, 1 on earth and 1 orbiting in space and interact with the one on earth will the one in space “feel” this interaction at the same time?

Entanglement does not directly allow for time travel. Although the particle in space “feels” the measurement of the other particle on Earth instantaneously, this doesn't imply time travel. It simply demonstrates the instantaneous correlation between the particles' states. No information is being transferred faster than light.

– Mirco Troue, PhD student at Walter Schottky Institut, TUM

Entdeckt man Quantenphysik oder erfindet man es? Wie bei der Mathematik?

Entdeckt man Quantenphysik oder erfindet man sie? Wie bei der Mathematik?

Ob die Quantenphysik eine Entdeckung oder eine Erfindung ist ist schon fast eine philosophische Fragestellung. Die Quantenphysik beschreibt Phänomene, die in der Natur vorkommen, wie beispielsweise die Quantisierung von Energie oder die Welle-Teilchen-Dualität. In diesem Sinne kann man argumentieren, dass die Quantenphysik entdeckt wird. Wissenschaftler beobachten und beschreiben hierbei Gesetzmäßigkeiten und Zusammenhänge in der Natur. Andererseits sind die mathematischen Modelle und Theorien, die wir zur Beschreibung der Quantenwelt verwenden, menschliche Konstrukte. Die Schrödingergleichung oder die Heisenbergsche Unschärferelation sind Erfindungen, die uns helfen, die beobachteten Phänomene zu verstehen und vorherzusagen.

– Mirco Troue, Doktorand am Walter Schottky Institut, TUM

Questions about quantum computing

An welchen Orten generell gibt es bereits Quantencomputer?

An welchen Orten generell gibt es bereits Quantencomputer?

An Quantencomputern wird derzeit noch viel geforscht.Daher können diese einerseits in Laboren von Universitäten oder Forschungsinstitutionen gefunden werden, andererseits sehen große Tech-Firmen, wie z.B. Google oder IBM, das riesige Potential von Quantencomputern und forschen deshalb in ihren eigenen Forschungszentren. Ebenso gibt es diverse Start-Ups, die auch Quantencomputer bauen und an diesen forschen. Zuletzt können auch jetzt schon Quantencomputer gekauft werden. Je nach Budget sind die Käufer wieder große Firmen, aber auch Privatpersonen können sich bereits kleine Quantencomputer kaufen, auch wenn der Nutzen dieser sehr stark begrenzt ist.

- Florian Fertig, Doktorand an der LMU

Ein Quantencomputer hat ja immer einen Fehler, mit dem man rechnen muss. Er kann also nicht alle Prozesse mit 100% Genauigkeit ausrechnen. Warum?

Ein Quantencomputer hat ja immer einen Fehler, mit dem man rechnen muss. Er kann also nicht alle Prozesse mit 100% Genauigkeit ausrechnen. Warum?

Auf dem Papier können wir einen Quantencomputer ohne Fehler "bauen". Unsere Welt ist jedoch kein idealisiertes System und der Quantencomputer wechselwirkt mit seiner Umgebung, zum Beispiel mit elektromagnetischen Wellen. Darüber Hinaus ist ein Qubit selbst ein hochkomplexes Objekt und kein simples System mit nur zwei Zuständen. Daher sind die idealisierten Operationen, zum Beispiel wie wir zwei Qubits verschränken, nie perfekt im Labor. Von theoretischer Seite arbeitet man an Algorithmen, die helfen, solche Fehler effizient zu erfassen und zu korrigieren. In sogenannten "Quantum Error Correction Codes" gibt es eine maximale Fehlerquote, die unterschritten werden muss, um Fehler korrigieren zu können. Experimentell arbeitet man an der schwierigen Herausforderung die Fehler soweit zu unterdrücken, dass man Quantum Error Correction anwenden kann. Sobald diese Schwelle unterschritten ist, kommt man der Realisierung eines großskaligen Quantencomputer einen großen Schritt näher.

Fun fact: Auch dein klassischer Computer macht Fehler, welche mit Error Correction Codes detektiert und korrigiert werden.

- Lukas Homeier, Doktorand an der LMU

Gibt es praktische Anwendung für Quantencomputer? Kann man die klein genug für ein Quantensmartphone machen?

Gibt es praktische Anwendung für Quantencomputer? Kann man die klein genug für ein Quantensmartphone machen?

Zurzeit werden wenig praktische Anwendungen von Quantencomputern gelöst. Die Rechenleistung (Anzahl von Qubits) ist bisher noch nicht ausreichend dafür. Mit mehr stabilen Qubits wären aber praktische Anwendungen wie das „Simulieren von Quantensystemen“ denkbar. Wäre man in der Lage, bestimmte Quantensysteme zu simulieren, könnte man an einem Quantencomputer neue zielgerichtete Medikamente berechnen, chemische Prozesse hinsichtlich Energieverbrauch optimieren oder unser Verständnis von Quantenmechanik erweitern.

Obwohl die genutzten Quantensysteme für Qubits zum Teil nur die Größe von Elementarteilchen e.g. Photon oder Elektronen haben, werden oft Apparaturen von der Größe eines Kleiderschranks benötigt, um diese zu kontrollieren. Die Apparaturen beinhalten dabei eine Vielzahl an komplexen Messgeräten, Lasern und Präzisionsnetzteilen, deren Größe sich nicht ohne Weiteres reduzieren lässt. Daher gehe ich davon aus, dass es wohl noch eine Weile dauern wird, bevor wir Quantum Smartphones in unseren Händen halten können.

- Timo Sommer, Doktorand am Walter Schottky Institut ,TUM

Wie groß ist ein Quantencomputer?

Wie groß ist ein Quantencomputer?

Antwort 1: Die Basis von modernen Quantencomputern bilden Quantenprozessoren (QPUs), welche mit supraleitenden Qubits bestückt sind. Diese sind an sich nur so groß wie deine Handfläche. Um diese Prozessoren effektiv zu nutzen, müssen wir sie allerdings extrem stark abkühlen. Die hierfür benötigte Infrastruktur, sowie die gesamte Elektronik zur Ansteuerung des Prozessors nimmt den meisten Platz eines Quantencomputers ein und füllt aktuell ganze Räume - so wie damals die ersten Computer.

– Mirco Troue, Doktorand am Walter Schottky Institut, TUM


Antwort 2:
Quantencomputer sind derzeit noch sehr groß und nehmen ganze Räume ein. Sie unterscheiden sich in ihrem Aussehen deutlich von klassischen Computern oder Supercomputern. Das Aussehen eines Quantencomputers hängt dabei ganz von der Technologie ab, die genutzt wird. Es gibt verschiedene Ansätze, und es ist noch unklar, welcher sich letztendlich durchsetzen wird.
Ein Ansatz nutzt beispielsweise spezielle elektrische Schaltkreise, supraleitende Schaltkreise, als Qubits. (Qubits sind die grundlegenden Bausteine eines Quantencomputers und das Pendant zu den Bits im klassischen Computer.) Ein anderer Ansatz verwendet Atome als Qubits. In beiden Fällen sind die Qubits zwar klein, der benötigte Aufbau und die umgebende Infrastruktur aber sehr groß. Bei der Verwendung von supraleitenden Qubits ist beispielsweise ein Kryostat erforderlich, ein riesiger Kühlschrank, der die Schaltkreise auf sehr niedrige Temperaturen kühlt, da sie nur unter diesen Bedingungen funktionieren. Bei der Nutzung von Atomen als Qubits müssen diese Atome eingefangen und isoliert werden, wozu man eine Vakuumkammer braucht. Für all diese Infrastruktur, aber auch die Elektronik zur Steuerung der Computer braucht man im Moment ganze Räume.

– Dr. Judith Gabel, Physikerin & Quantum Technology Educator bei QL3 – Quantum LifeLong Learning, LMU & TUM

An welchen Standorten in Deutschland gibt es bereits Quantencomputer?

An welchen Standorten in Deutschland gibt es bereits Quantencomputer?

Seit 2021 der erste große Quantencomputer von IBM in Zusammenarbeit mit der Fraunhofer-Gesellschaft in Ehningen nahe Stuttgart vorgestellt wurde, sind einige weitere Standorte mit Quantencomputern in Deutschland hinzugekommen. So befinden sich z.B. im Forschungszentrum Jülich oder auch im Leibniz-Rechenzentrum in Garching bei München Quantensysteme. Diese sind durch klassische Computer an das Internet angebunden und können somit über die Cloud vielen verschiedenen Nutzern an unterschiedlichen Standorten für Experimente zur Verfügung gestellt werden.

– Mirco Troue, Doktorand am Walter Schottky Institut, TUM

Give an example: what kind of problem is easier/faster to solve with a quantum processor rather than a traditional processor?

Give an example: what kind of problem is easier/faster to solve with a quantum processor rather than a traditional processor?

One problem which is faster to solve with a quantum processor than a traditional processor is the simulation of quantum systems, i.e., the simulation of materials. Understanding and optimising a material by building it from its constituents in a computer and predicting its behaviour can be a complex challenge, depending on the material in question. This is because quantum effects may come into play, which are difficult to map onto classical computers. However, a quantum computer, with its inherent quantum nature, can model such systems more naturally and efficiently.

The simulation of quantum systems could play a significant role in various fields. For example, in material science, it could aid in the search for improved battery materials and fuel cells. In chemistry, it could be used to design better materials for catalysis, optimising chemical reactions for industrial processes. Additionally, in the pharmaceutical industry, it could potentially accelerate the development of drugs by providing more accurate models of molecular interactions.

– Dr. Judith Gabel, Physicist and Quantum Technology Educator at QL3 - Quantum LifeLong Learning, LMU & TUM

Gleitkommadarstellung in Qubits, wie?

Gleitkommadarstellung in Qubits, wie?

Bei normalen Bits mit zwei Zuständen werden Gleitkommazahlen üblicherweise in Mantisse, Basis und Exponent aufgeteilt und durch mehrere Bits dargestellt. Für Qubits hat man neben der direkten Speicherung analog zu normalen Bits auch die Möglichkeit z.B. Quanten-Zustände zu benutzen, bei welchen die verschiedenen Wahrscheinlichkeiten unterschiedliche Zustände zu messen die Faktoren innerhalb der Gleitkommadarstellung sind.

– Mirco Troue, Doktorand am Walter Schottky Institut, TUM

Wie wird sich die Kombination von Quantencomputern und KI/AI auswirken? - Jürgen und Katarina

Wie wird sich die Kombination von Quantencomputern und KI/AI auswirken? - Jürgen und Katarina

Quantencomputer und KI können auf verschiedene Weise zusammenwirken:

Zum einen können Quantencomputer KI-Methoden nutzen. Quantencomputer-Algorithmen müssen beispielsweise an die spezielle Quantencomputer-Architektur angepasst werden. Ein Beispiel dafür ist, dass je nach Quantencomputer nicht alle Qubits direkt miteinander wechselwirken können. Daher müssen die Qubits geschickt so festgelegt werden, dass die erforderlichen Wechselwirkungen mit möglichst wenigen zusätzlichen Operationen realisiert werden. KI kann bei diesem Prozess bereits unterstützen und die Programmierung und die Zuweisung der Qubits optimieren.

Zum anderen gibt es Überlegungen, KI mit Quantencomputern leistungsfähiger zu machen. Dieses neue Feld nennt man Quantum Machine Learning. Obwohl es viele Ideen für Algorithmen in diesem Bereich gibt, ist weitgehend noch unklar, inwieweit Quantencomputer tatsächlich signifikante Verbesserungen gegenüber klassischen Computern in der KI bieten können.

– Dr. Judith Gabel, Physikerin & Quantum Technology Educator bei QL3 – Quantum LifeLong Learning, LMU & TUM

Questions about cryptography (encryption/decryption)

Ist mit Entschlüsselung durch Einsatz von Quantencomputern noch ein „sicherer“ Internetkommunikationsweg möglich?

Ist mit Entschlüsselung durch Einsatz von Quantencomputern noch ein „sicherer“ Internetkommunikationsweg möglich?

Auch wenn in Zukunft leistungsstarke Quantencomputer existieren, ist eine sichere Internetkommunikation weiterhin möglich, jedoch nicht mit den jetzigen Verschlüsselungstechniken.

Die aktuell gebräuchlichen Verschlüsselungstechniken beruhen darauf, dass bestimmte mathematische Probleme, wie die Faktorisierung großer Zahlen bei RSA, für klassische Computer praktisch unlösbar sind – das heißt, sie sie können zwar theoretisch gelöst werden, jedoch erfordert die Lösung so viel Zeit, dass sie in der Praxis nicht umsetzbar ist. Künftig könnten ausreichend leistungsstarke Quantencomputer diese Probleme jedoch in akzeptabler Zeit lösen und damit die Verschlüsselung knacken.

Es lassen sich jedoch nicht alle Probleme auf Quantencomputern schnell lösen. Es gibt mathematische Probleme, für die nach aktuellem Stand der Forschung sowohl Quantencomputer als auch klassische Computer extrem lange benötigen würden, sodass sie praktisch unlösbar sind – auch auf einem Quantencomputer. Wenn man solche Probleme als Grundlage der Verschlüsselung benutzt, sind die Verschlüsselungsverfahren auch gegen Angriffe mit Quantencomputern sicher. Diese neuen Verfahren gehören zur sogenannten Post-Quanten-Kryptographie. Die Umstellung auf diese neuen Verschlüsselungsverfahren hat bereits begonnen.

Dr. Judith Gabel, Physikerin & Quantum Technology Educator bei QL3 – Quantum LifeLong Learning, LMU & TUM

Ist unsere momentane Verschlüsselungsart nicht hinfällig durch Quantum Computing und wie schützt man in der Zukunft Daten?

Ist unsere momentane Verschlüsselungsart nicht hinfällig durch Quantum Computing und wie schützt man in der Zukunft Daten?

Unsere momentanen Verschlüsselungstechniken, wie z.B. RSA und ECC (Elliptic Curve Cryptography), könnten in der Tat in Zukunft durch Quantencomputer geknackt werden: Diese Verschlüsselungstechniken beruhen darauf, dass bestimmte mathematische Probleme, wie die Faktorisierung großer Zahlen bei RSA, für klassische Computer praktisch unlösbar sind – das heißt, sie sie können zwar theoretisch gelöst werden, jedoch erfordert die Lösung so viel Zeit, dass sie in der Praxis nicht umsetzbar ist. Künftig könnten ausreichend leistungsstarke Quantencomputer diese Probleme jedoch in vertretbarer Zeit lösen und damit die Verschlüsselung brechen.

Es lassen sich jedoch nicht alle Probleme auf Quantencomputern schnell lösen. Es gibt auch mathematische Probleme, für die nach aktuellem Stand der Forschung sowohl Quantencomputer als auch klassische Computer extrem lange benötigen würden, sodass sie praktisch unlösbar sind – auch auf einem Quantencomputer. Wenn man solche Probleme als Grundlage der Verschlüsselung benutzt, sind die Verschlüsselungsverfahren auch gegen Angriffe mit Quantencomputern sicher. Diese neuen Verfahren gehören zur sogenannten Post-Quanten-Kryptographie.

Die Umstellung auf diese neuen Verschlüsselungsverfahren ist bereits im Gange. Organisationen und Regierungen weltweit arbeiten daran, diese neuen Verschlüsselungsmethoden zu erforschen, zu standardisieren und in Geräte und Dienste zu integrieren, um sicherzustellen, dass sensible Informationen auch in einer Zeit der Quantencomputer sicher bleiben.

Dr. Judith Gabel, Physikerin & Quantum Technology Educator bei QL3 – Quantum LifeLong Learning, LMU & TUM

Philosophical questions

Wenn wir aus Atomen bestehen, die sich alle gar nicht wirklich berühren, existieren wir dann überhaupt?

Wenn wir aus Atomen bestehen, die sich alle gar nicht wirklich berühren, existieren wir dann überhaupt?

Antwort 1: Die Atome, aus denen wir bestehen, setzen sich zusammen aus einem Kern und einer äußeren Elektronenhülle. Die Elektronen in der Hülle haben in einer Beschreibung durch die Quantenmechanik allerdings keine feste Position, sondern bilden vielmehr eine Art „Elektronenwolke“. Diese Wolken benachbarter Atome reichen auch ineinander hinein und wechselwirken miteinander. So ergeben sich Kräfte zwischen Atomen, welche diese z.B. zu Molekülen binden können.

– Mirco Troue, Doktorand am Walter Schottky Institut, TUM

Antwort 2: Zunächst ist die Frage nach unserer Existenz in erster Linie eine philosophische und keine naturwissenschaftliche. In der Physik können wir die Natur nur beschreiben, fragen also nach dem "Wie?". Die Frage nach der Existenz gehört eher zur Kategorie “Warum?” und “Wer?”, die mit unserem Glauben und der Weltanschauung zusammenhängen. Manchmal setzen wir bei der Denkweise der Fragen unbewusst eine Weltanschauung voraus, wie es mir bei dieser Frage scheint, die davon ausgeht, dass es nur eine materielle Realität gibt (d.h. dass wir tatsächlich nur aus Atomen bestehen und es keine übernatürliche oder geistige Realität gibt), d.h. eine materialistische Weltanschauung. Ob diese Weltanschauung wahr ist oder nicht, ist eine Frage außerhalb der Naturwissenschaften. Ich finde es spannend, dass nicht nur die Philosophie (siehe z.B. C. S. Lewis im Buch über “Wunder”), sondern auch die moderne Physik den Materialismus durchaus in Frage stellt: es ist tatsächlich komisch, dass die “Materie”, aus der die Natur besteht, scheinbar nicht “greifbar” ist. Elementarteilchen sind eigentlich, wie die Physik herausgefunden hat, gar keine “Teilchen” im Sinne eines unteilbaren Objekts, sondern Anregungen der Quantenfelder, die auf abstrakten Symmetrie-Prinzipien gründen (siehe z.B. Vortrag von W. Heisenberg). Hans-Peter Dürr, der Nachfolger von Heisenberg, hat sogar ein Buch geschrieben mit dem provokanten Titel “Es gibt keine Materie!”. Ich denke zwar, dass man den Begriff der Materie nicht “verbannen” sollte, weil es sich auf die physikalische Realität bezieht, die wir mit der Physik studieren können, und man sonst die Naturwissenschaft mit der Philosophie oder gar Religion vermischen würde, was die Gefahr eines unvernünftigen “esoterischen” Denkens mit sich bringt. Aber ich persönlich bin auch davon überzeugt, dass die materialistische Weltanschauung nicht sinnvoll ist, und bin während meines Physikstudiums zum christlichen Glauben gekommen.

– Dr. Vitaly Wirthl, Postdoktorand am Max Planck Institut für Quantenoptik

Was wird man niemals mit Hilfe der Quantenphysik herausfinden können?

Was wird man niemals mit Hilfe der Quantenphysik herausfinden können?

Da die Quantenphysik noch ein aktives Feld in der Forschung ist, wissen wir nicht, wie weit die Forschung noch reichen kann. Daher ist es nicht wirklich möglich zu sagen, was “niemals” mit Hilfe der Quantenphysik herausgefunden werden kann.

Andererseits ist es so, dass die komplette Physik aufeinander aufbaut. Zum Beispiel finden zwar Newtons Gesetze in der Quantenphysik keine Anwendung, dennoch hat sich die Quantenphysik aus den Newtonschen Gesetzen und der daraus folgenden Forschung über viele Jahre entwickelt. Daher wird die zukünftige Forschung immer in gewisser Art und Weise auf der Quantenphysik beruhen. Das gilt auch, falls sich herausstellen sollte, dass Quantenphysik “falsch” ist, wie zum Beispiel Newtons Gravitation eine vereinfachte Darstellung der Gravitation, wie Einstein sie beschreibt.

- Florian Fertig, Doktorand an der LMU

Was ist der Raum zwischen Atomkern und Atomhülle? Die Energie, die uns erfüllt? Entstehen dort alle unsere Gedanken und Gefühle?

Was ist der Raum zwischen Atomkern und Atomhülle? Die Energie, die uns erfüllt? Entstehen dort alle unsere Gedanken und Gefühle?

In der klassischen Vorstellung eines Atoms, dem sogenannten Bohrschen Atommodell, besteht der Atomkern aus Protonen und Neutronen, während die Elektronen in bestimmten Energieniveaus um den Kern kreisen. Man kann sich das Atom in diesem Modell wie eine Art Miniatur-Sonnensystem vorstellen, in dem die Elektronen wie Planeten um den Kern (die Sonne) kreisen. Der Raum zwischen dem Atomkern und der Atomhülle wird oft als leerer Raum betrachtet.

In der Quantenmechanik wird dieser Raum jedoch nicht als leer betrachtet. Stattdessen beschreibt man die Position der Elektronen durch Wahrscheinlichkeitsverteilungen, die angeben, wo sich ein Elektron mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit aufhalten könnte. Diese Verteilung wird oft als Orbital bezeichnet. Die Elektronen sind also nicht in festen Bahnen wie Planeten um die Sonne angeordnet, sondern existieren in einem Zustand von Unschärfe und Wahrscheinlichkeit.

Die Idee, dass in dem Raum zwischen Atomkern und Atomhülle Gedanken und Gefühle entstehen, ist eher metaphorisch. Gedanken und Gefühle sind Produkte komplexer biologischer Prozesse im Gehirn, die auf neuronalen Aktivitäten (Signale zwischen Neuronen) basieren. In der Physik gibt es Konzepte wie die Quantenmechanik, die das Verhalten von Teilchen auf sehr kleinen Skalen beschreiben. Diese Konzepte sind aber nicht direkt mit dem menschlichen Bewusstsein oder Emotionen verbunden. Das Verständnis von Gedanken und Gefühlen erfordert eine interdisziplinäre Betrachtung aus Psychologie, Neurowissenschaften und Philosophie.

- Michelle Lienhart, Doktorandin an der TUM

Is it true that so far no one in this world has truly understood quantum physics?

Is it true that so far no one in this world has truly understood quantum physics?

One saying in physics is: “You will never truly understand quantum physics, you can only get used to it”. This refers to the weirdness of some quantum physics experiments. So people do the math, find matching results in the experiments and accept the fact that thighs might feel weird. However, it remains an active field of research, that means there are still many things to discover. So no quantum researcher can claim that she/he “truly understood everything in quantum physics”.

- Timo Sommer, PhD student at TUM

Kann es nicht sein, dass einfach ein Fehler gemacht wurde, der alles viel komplizierter macht und im Kern die ganze Sache simpel ist? Vgl. Galileo, als er entdeckt hat, dass die Sonne das Zentrum ist und alle verrückten Flugkurven Sinn gemacht haben.

Kann es nicht sein, dass einfach ein Fehler gemacht wurde, der alles viel komplizierter macht und im Kern die ganze Sache simpel ist? Vgl. Galileo, als er entdeckt hat, dass die Sonne das Zentrum ist und alle verrückten Flugkurven Sinn gemacht haben.

Doch, das kann natürlich sein! Einerseits werden natürlich ständig Fehler gemacht, die auch ständig korrigiert werden. Dafür gibt es das Peer-Review-Verfahren. Hier veröffentlichen Wissenschaftler, was sie gemacht haben und andere Wissenschaftler suchen nach Fehlern. Manchmal fallen Fehler auch erst Jahre oder Jahrzehnte später auf. Dennoch können auch falsche Theorien helfen die Welt besser zu verstehen (man weiß ja dann wenigstens was nicht funktioniert).

Andererseits sorgt das Peer-Review dafür, dass sehr viele Menschen Theorien und Experimente überprüfen und testen. Dadurch werden Fehler ständig korrigiert. Zu Galileos Zeiten gab es ja viel weniger Menschen, weniger die überhaupt lesen und schreiben konnten. Außerdem war der Austausch viel schwieriger. Man musste sich noch Briefe schreiben und konnte nicht einfach über seine Wissenschaft online diskutieren. Es ist also sicher nicht alles perfekt, aber doch besser als damals.

Falls du übrigens den Fehler findest, den wir alle machen, solltest du dich unbedingt melden!

- Lukas Schleicher, PhD student at TUM

Questions about the everyday life of a researcher // studying physics

Wart ihr schon als Kinder sicher, dass ihr Forscher werden möchtet?

Wart ihr schon als Kinder sicher, dass ihr Forscher werden möchtet?

Ich wollte als Kind immer Fußball-Profi werden, fand Feuerwehr, Ritter und Dinosaurier, dergleichen cool. Und vor allem anderen hatte ich seit Kindergarten und Grundschule eine große Faszination für das Weltall. Schon in der dritten Klasse hatte ich mir als Ziel gesetzt, einmal der erste Mensch auf dem Mars zu werden. Diese Faszination für den Weltraum hat sich später bei mir in eine Faszination für die Physik gewandelt. Zu Beginn meines Studiums war mein festes Ziel, es irgendwann einmal zur NASA oder ESA zu schaffen. Auch wenn ich nun in der Quantenphysik arbeite, ist meine Faszination für den Kosmos nach wie vor geblieben.

- Korbinian Rubenbauer, Doktorand am Walther-Meißner-Institut der BAdW

Kann ich mit einer 3 in Physik und Mathe Quantenphysik studieren?

Kann ich mit einer 3 in Physik und Mathe Quantenphysik studieren?

Ja, in der Regel ist es möglich, mit einer 3 in Physik oder Mathe ein Studium in Physik (beinhaltet Quantenphysik) oder Quantentechnologie zu beginnen. Die genauen Anforderungen können jedoch je nach Universität und Land variieren. Manche Universitäten haben spezifische Zulassungskriterien, die auch andere Faktoren wie das Abiturzeugnis, Aufnahmeprüfungen oder persönliche Interviews berücksichtigen. In Deutschland sind die Anforderung nach meiner Erfahrung nicht sonderlich hoch, sodass jeder mit abgeschlossenem Abitur Physik/Quantenphysik studieren kann, egal welche Note man in der Schule in Mathe oder Physik hatte.

Am allerwichtigsten ist allerdings, dass man sich für die Quantenphysik interessiert und sehr viel im Studium darüber lernen möchte. Wenn man für ein Thema brennt, dann ist das Studium leichter, macht viel Spaß und man bekommt bessere Noten. Wenn du dich in der Schule und auch außerhalb sehr für die Quantenphysik interessierst, dann wirst du auch ein Studium sehr gut meistern, obwohl du in der Schule eine 3 in Physik und Mathe hattest.

- Michelle Lienhart, Doktorandin am Walter Schottky Institut, TUM

Pop Culture & More

Does it run Crysis (video game)?

Does it run crysis (video game)?

So far unfortunately not and to me it feels like it will still take a while. Quantum Computers do have their incredible advantages, but for everyday applications normal computers are most likely here to stay. But maybe at some point in the future, a mad scientist will bring the meme to its ultimate finale and run crysis on a quantum computer.

- Korbinian Rubenbauer, Doktorand am Walther-Meißner-Institut der BAdW

Is time travel possible with the help of quantum physics (Marvel reference)?

Is time travel possible with the help of quantum physics (Marvel reference)?

Marvel smartly mentioned a lot of buzz words to explain their time travel in Endgame. But unfortunately it is not more than that. Even though it would be extremely cool to travel through time and bring back Iron Man, quantum physics to the best of our knowledge unfortunately does not allow for time travel. As Stephen Hawking said: If time travel is possible, where are the tourists from the future?

- Korbinian Rubenbauer, PhD student at Walther-Meißner-Institut der BAdW

What are the most unique or rare items you have found throughout these years?

What are the most unique or rare items you have found throughout these years?

I assume you are asking the museum team here: The most unique object I found during the preparation of the exhibition is a set of four wooden crates full of round glass disks from ca. 1970, with a diameter of 17 cm. These disks look like commercial samples of different glass types that you might use for your bathroom window or your office door. However, they were used for something completely different: Engineers tried to create artistic light effects by shining laser light through these glass disks. The light is diffracted, there are interference effects and in the end you see beautiful geometrical patterns with organic changes between light and shadows. You can see these crates in our exhibition and you can play around with our interactive “laser kaleidoscope” in order to create these light effects yourself. The physical phenomen behind it is the coherence of the laser beam – it would not work with a regular lamp. And since the laser wouldn’t work without quantum effects, maybe it could be considered an artistic quantum technology?

- Eckhard Wallis, Kurator (kommissarisch) und wissenschaftlicher Mitarbeiter, Ausstellungsprojekt "Licht und Materie", Deutsches Museum

Was passiert, wenn ein Kind im Weltraum (Rakete) geboren wird? L. Y. Anda, Ulm

Was passiert, wenn ein Kind im Weltraum (Rakete) geboren wird? L. Y. Anda, Ulm

Wenn ein Kind im Weltraum, zum Beispiel in einer Rakete, geboren wird, sind eine Vielzahl von medizinischen und biologischen Aspekten relevant.

Ein wichtiger Punkt ist beispielsweise das Fehlen der Schwerkraft im Weltraum. Dies kann sowohl auf die Entwicklung des Kindes im Mutterleib und später, also auch auf den Geburtsprozess selber Einfluss haben. Ohne die fehlende Unterstützung durch die Schwerkraft könnte es schwieriger sein, das Baby durch den Geburtskanal zu bewegen. Auch der veränderte Druck und Flüssigkeitsfluss sowie unvorhersehbare Bewegungen von Mutter und Kind könnten Probleme bereiten. Ärzte und medizinisches Personal müssten zudem spezielle Techniken und Geräte verwenden, um die Mutter und das Neugeborene sicher zu versorgen. Nach der Geburt würde das Baby in einer Umgebung ohne Schwerkraft aufwachsen, was zu langfristigen gesundheitlichen Problemen führen könnte. In Experimenten an Tieren hat man festgestellt, dass Knochen- und Muskelentwicklung sowie das Immunsystem beeinträchtigt wurden. Zusätzlich ist die psychologische Entwicklung eines Kindes, das im beengten Umfeld einer Rakete aufwächst, unbekannt und könnte erhebliche Unterschiede zu einem auf der Erde geborenen Kind aufweisen. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Strahlenbelastung im Weltraum, die das Risiko für genetische Schäden und Krebs erhöhen könnte. Der menschliche Körper ist an die Bedingungen auf der Erde angepasst, und daher könnte das Leben im Weltraum grundlegende biologische Prozesse stören.

Insgesamt gibt es noch viele offene Fragen und Ungewissheiten, was die Geburt und das Aufwachsen eines Kindes im Weltraum betrifft. Die bisherigen Erkenntnisse basieren hauptsächlich auf Tierstudien und theoretischen Modellen, sodass weitere Forschung notwendig ist, um diese Herausforderungen zu bewältigen.

- Julia Draeger, PhD student at TUM

Exhibition and German Museum

What current research projects are being conducted by the museum?

What current research projects are being conducted by the museum?

You can find a list of all research projects of the Deutsches Museum here (German only): https://www.deutsches-museum.de/forschung/forschungsinstitut/projekte

- Eckhard Wallis, Kurator (kommissarisch) und wissenschaftlicher Mitarbeiter, Ausstellungsprojekt "Licht und Materie", Deutsches Museum

Wieso fällt der Tischtennisball nicht von der Paulfalle?

Wieso fällt der Tischtennisball nicht von der Paulfalle?

Bei dieser Frage geht es um eine Demonstration in unserer Ausstellung. In diesem Experiment wird ein Tischtennisball auf ein Metallteil gelegt, das so ähnlich wie ein Sattel geformt ist: Zwei Seiten zeigen nach unten, zwei nach oben. Wenn der Sattel stillsteht, dann kann der Ball zu einer Seite herunterrollen. Der Sattel kann sich aber auch drehen: Der Ball möchte dann bergab rollen. Bevor er unten ankommt, hat sich aber der Sattel weitergedreht: Dort wo es eben noch bergab geht, geht es nun bergauf. Der Ball sucht sich also einen neuen Weg nach unten – aber der Sattel dreht sich wieder weiter. Wenn sich der Sattel schnell genug dreht, bleibt der Ball in der Mitte gefangen. So ähnlich funktioniert auch die sogenannte Paul-Falle, die man ebenfalls in der Ausstellung sehen kann: Hier gibt es keinen echten Sattel, aber ein elektrisches Feld, das elektrisch aufgeladene Staubteilchen in der Luft hält. Wie beim Sattel muss sich auch dieses Feld quasi ständig drehen, um die Teilchen in der Luft zu halten. Würde es stillstehen, dann würden die Teilchen zu zwei Seiten wegfliegen.

- Eckhard Wallis, Kurator (kommissarisch) und wissenschaftlicher Mitarbeiter, Ausstellungsprojekt "Licht und Materie", Deutsches Museum

What are the most unique or rare items you have found throughout these years?

What are the most unique or rare items you have found throughout these years?

I assume you are asking the museum team here: The most unique object I found during the preparation of the exhibition is a set of four wooden crates full of round glass disks from ca. 1970, with a diameter of 17 cm. These disks look like commercial samples of different glass types that you might use for your bathroom window or your office door. However, they were used for something completely different: Engineers tried to create artistic light effects by shining laser light through these glass disks. The light is diffracted, there are interference effects and in the end you see beautiful geometrical patterns with organic changes between light and shadows. You can see these crates in our exhibition and you can play around with our interactive “laser kaleidoscope” in order to create these light effects yourself. The physical phenomen behind it is the coherence of the laser beam – it would not work with a regular lamp. And since the laser wouldn’t work without quantum effects, maybe it could be considered an artistic quantum technology?

- Eckhard Wallis, Kurator (kommissarisch) und wissenschaftlicher Mitarbeiter, Ausstellungsprojekt "Licht und Materie", Deutsches Museum

zitat_strabley_de

Light and Matter

The sun at the beach, the scanner at the supermarket checkout or the signal in a fibre optic cable: when light encounters matter – or matter encounters light – exciting things happen! Since the early 20th century, scientists have discovered new phenomena in the interaction between light and matter that defy our intuition and can be explained by the laws of quantum physics.

The Light and Matter exhibition presents the foundations of quantum optics and demonstrates how our understanding of light and matter has evolved over the past century. These new insights are essential for the fields of quantum science and quantum technologies, which are both active areas of intensive research today.

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