Quantentechnologien verändern unser Leben. Die Erforschung kleinster Energieteilchen – der sogenannten Quanten – rückt Möglichkeiten in greifbare Nähe, die lange undenkbar schienen. Neue Konzepte sollen Lösungen für große Herausforderungen unserer Zeit liefern: für komplexe Zusammenhänge im Bereich der Ressourceneffizienz als Teil der Energiewende, bessere Verkehrsströme dank Echtzeitdaten oder abhörsichere Kommunikation mittels Quantenverschlüsselung.  
Die Quantenphysik stellt die Gesetze der Naturwissenschaft auf den Kopf. Obwohl sie eine der Säulen der modernen Physik ist, erscheint sie oft mysteriös: Man denke an verschränkte Teilchen, die eine Art Fernbeziehung führen, ihre Scheu gegenüber Messungen oder das gleichzeitige Vorhandensein mehrerer Zustände. Dabei spielt die Quantenphysik im alltäglichen Leben schon jetzt eine wichtige Rolle: von der Atomuhr über den Laser bis hin zur Magnetresonanztomografie (MRT) – all diese Erfindungen wären ohne sie nicht möglich gewesen.

Die Paderborner Wissenschaftler*innen arbeiten außerdem daran, skalierbare Methoden zur Kontrolle von Quantensystemen für die nächste Generation von Rechnern zu entwickeln. Diese ermöglichen es, Quellen für einzelne Photonen mittels ultraschneller Elektronik präzise zu steuern. Interessant ist deren Erforschung aber auch deshalb, weil sie die Voraussetzung für etwas sind, an dem die großen Player der Technik- und IT-Branche arbeiten: Sie bilden die Grundlage für sogenannte Quantencomputer. Das sind spezielle Rechner, die im Vergleich zu klassischen Computern nicht mit Bits, sondern auf Basis quantenmechanischer Zustände arbeiten.

Quantencomputer gehören zu den zentralen Zukunftstechnologien des 21. Jahrhunderts – ihr Potenzial übertrifft selbst das der besten Superrechner. Als leistungsfähige Instrumente lösen sie komplexeste Rechenprobleme – Aufgaben, bei denen die klassische Hard- und Software an ihre Grenzen stößt.

In Paderborn werden künftig alle Schritte von der Grundlagenforschung zu neuen Quantenalgorithmen über große, komplexe Quantensysteme bis hin zu realen photonischen Quantennetzwerken für entsprechende Computing-Anwendungen vereint. Gemeinsam mit zahlreichen Partner*innen aus Wissenschaft und Industrie – bundes- und weltweit – entwickeln die Forscher*innen u. a. Chips für photonische Quantencomputer. Anwendungsfelder liegen zum Beispiel in der Chemieindustrie, der Biomedizin oder der Materialwissenschaft.