Die Quantenrevolution beginnt nicht im Computer – sondern mit einem schwebenden Staubkorn

Wie hält man ein einzelnes Ion an seinem Platz? Warum leuchten Diamanten? Und weshalb könnten Quantencomputer unsere Welt grundlegend verändern? Fragen wie diese beschäftigen Forschende weltweit. Die Quantenphysik beschreibt das Verhalten von Materie und Licht auf der Skala einzelner Atome und Photonen (Lichtteilchen). Wer einzelne Atome und Photonen gezielt kontrollieren kann, erschließt damit völlig neue technologische Möglichkeiten – von Quantencomputern bis hin zu hochpräzisen Quantensensoren.

Im Wissenschaftsmuseum phaeno in Wolfsburg wird die Quantenphysik zum Ausgangspunkt einer ganz besonderen Entdeckungsreise. Insgesamt beherbergt das phaeno als eines der größten Science Center Deutschlands mehr als 300 interaktive Experimentierstationen. Zusammen mit dem BMFTR geförderten Zukunftscluster QVLS-iLabs bringt das phaeno aktuelle Quantentechnologien aus den Forschungslaboren in die Mitte der Gesellschaft. Als außerschulischer Lernort schafft das phaeno einen Raum, in dem Spitzenforschung verständlich wird, der Neugier weckt und zum Dialog einlädt.

Aus dieser Zusammenarbeit beider Akteure sind interaktive Exponate für die Dauerausstellung entstanden. Zwei von ihnen führen in ein wichtiges Prinzip der Quantentechnologie ein: die Kontrolle einzelner geladener Atome (Ionen) mithilfe elektrischer Felder. An einem rotierenden Sattel entdecken Besucherinnen und Besucher zunächst spielerisch dieses Grundprinzip. Anschließend wenden sie es selbst an. In einer elektrischen Ionenfalle bringen sie feine Bärlappsporen – den Sporenstaub einer Pflanze – zum Schweben und steuern sie mit elektrischen Feldern. Die Sporen machen sichtbar, was bei den winzigen Ionen mit dem Auge nicht zu erkennen wäre. Genau dieses Prinzip nutzen Forschende auch, um einzelne Ionen in Quantencomputern präzise zu kontrollieren und mit ihnen zu rechnen. Originale Ionenfallenchips aus der Forschung neben der Mitmach-Station schlagen die Brücke zur realen Technologie.

Weitere Stationen machen zentrale Phänomene der Quantenphysik erlebbar – darunter die Verschränkung von Photonen, bei der zwei Lichtteilchen ein gemeinsames Quantensystem bilden. Eine andere Station widmet sich Diamanten als Quantensensoren: Winzige Fehlstellen in ihrem Kristallgitter reagieren besonders empfindlich auf Magnetfelder – eine Eigenschaft, die sich etwa in der Medizin oder Materialforschung nutzen lässt.

 Forschende berichten

Ergänzt wird die Ausstellung durch kurze Videobeiträge, in denen Forschende aus dem Zukunftscluster QVLS-iLabs von ihrer täglichen Arbeit berichten: Was fasziniert sie an der Quantentechnologie? Welche Herausforderungen gilt es zu lösen? Und welche Anwendungen könnten unseren Alltag in Zukunft verändern? Regelmäßig kommen außerdem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ins phaeno, um ihre Forschung vorzustellen, Fragen zu beantworten und mit Besucherinnen und Besuchern ins Gespräch zu kommen. So entsteht ein Ort, an dem Forschung nicht hinter verschlossenen Labortüren stattfindet, sondern offen diskutiert werden kann.

Die Kooperation zwischen dem phaeno und dem Zukunftscluster QVLS-iLabs zeigt, dass Wissenschaftskommunikation gelingen kann, indem sie komplexe Inhalte nicht vereinfacht, sondern erfahrbar macht. Aus abstrakten Konzepten werden greifbare Erlebnisse. Aus Neugier entstehen Erkenntnisse. Und aus Spitzenforschung wird eine Einladung, die Technologien von morgen schon heute selbst zu entdecken.