Die Physikerin und Lektorin an der FH Technikum Wien hat eine Mission: Sie will die Quantenphysik und -information auch Nicht-Physiker verständlich und greifbar machen.
Bitte erklären Sie Laien so einfach wie möglich die Quanteninformationstheorie?
Die Quanteninformationstheorie ist eine Brücke zwischen der Welt winziger Teilchen, die wir in der Quantenphysik sehen und der Welt der Mathematik, Information und Computer. Stellen Sie sich vor, Sie haben sehr, sehr kleine Bausteine – so klein, dass sie sich nach den merkwürdigen und oft überraschenden Regeln der Quantenphysik verhalten. Anstatt diese winzigen Bausteine nur zu studieren, fragen wir: Wie können wir sie nutzen, um Information zu speichern oder zu verarbeiten?
Wann erwachte Ihr Interesse für Quanteninformation und Quanteninformatik?
Ich habe mich vor allem während meines Bachelor-Studiums in Physik an der Universität Wien mit dem Themengebiet beschäftigt. Obwohl ich mich während meines Masterstudiums und meiner Doktoratsstelle stärker auf die experimentelle Quantenoptik konzentrierte – speziell auf ultrakalte Atome und Bose-Einstein Kondensate – hat die Quanteninformatik mich nie wirklich losgelassen. Das Wiedereintauchen in dieses Gebiet während meiner Lehrtätigkeit an der FH Technikum Wien hat meine Begeisterung erneut entfacht.
Wie unterscheidet sich Quanteninformation von klassischer Information?
Die kleinste Einheit der Quanteninformation ist das Qubit. Ein Qubit kann im Gegensatz zum klassischen Bit nicht nur die Werte 0 oder 1 annehmen, sondern auch in beliebigen Überlagerungszuständen aus 0 und 1 sein.
Ein weiteres Phänomen in der Quanteninformation ist die Verschränkung: Zwei (oder mehrere) Qubits können in einem Zustand verschränkt werden, sodass die Messung des Zustands eines Qubits sofort den Zustand des anderen Qubits bestimmt, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Dies widerspricht unserer intuitiven Vorstellung von der Welt und hat keine Entsprechung in der klassischen Informationstheorie. Dieser Zustand der Verschränkung ermöglicht komplexe Informationsverarbeitungsoperationen und Kommunikation, die in einem klassischen System nicht möglich wären.
Welche aktuellen Anwendungen im Bereich der Quanteninformation gibt es, mit welchen dürfen wir noch rechnen?
Zu den aktuellen Anwendungen gehören vor allem das Quantencomputing und die Quantum Key Distribution (QKD), mit welcher kryptographische Schlüssel mithilfe von Quantensystemen verteilt werden, was ein hohes Maß an Sicherheit gegen Abhörversuche bietet.
Darüber hinaus sind Quantensensoren und -metrologie spannende Anwendungsfelder. Mit ihrer Hilfe können Messungen mit einer Präzision durchgeführt werden, die mit herkömmlichen Methoden unerreichbar ist. Zum Beispiel könnten sie genutzt werden, um sehr feine Umweltveränderungen oder kleinste biologische Prozesse zu detektieren.
Wie kann Quantenkommunikation die Art unserer Datensicherung/-verarbeitung verändern?
Wir wissen seit 1994, dass es einen Quantenalgorithmus gibt (den Shor-Algorithmus), der Primfaktoren großer Zahlen viel effizienter als klassische Computer finden kann. Aktuell verwendete Verschlüsselungsmethoden wie beispielsweise die RSA-Verschlüsselung basieren darauf, dass klassische Supercomputer Rechenzeiten von Jahrtausenden benötigen würden, um die Primfaktoren der verwendeten kryptographischen Schlüssel zu finden und sie damit zu knacken. Schätzungen gehen davon aus, dass es bereits in zehn Jahren Quantencomputer geben könnte, die leistungsstark genug sind, um RSA-verschlüsselte Nachrichten zu entschlüsseln.
Quanten-Key-Distribution (QKD) wäre eine Lösung bzw. ein neues Verschlüsselungsverfahren, für die es (noch) keine Quanten-Algorithmen gibt, die effizient entschlüsseln können.
Welche Forschungsbereiche im Bereich der Quanteninformation sind für Sie besonders spannend?
Für mich sind aktuell vor allem die didaktischen Herausforderungen im Bereich der Quanteninformation faszinierend. Das bedeutet, es geht mir darum, Konzepte der Quantenphysik und -information verständlich und greifbar für Nicht-Physiker*innen zu machen. Das Feld der Quantentechnologien wächst und entwickelt sich rasant und es wird immer wichtiger, dass nicht nur Fachleute, sondern auch die breite Öffentlichkeit, Politiker*innen, Unternehmer*innen und Studierende anderer Disziplinen zumindest grundlegende Konzepte verstehen können.
Welche gesellschaftlichen Fragen sehen Sie in Bezug auf Quanteninformation?
Die Entwicklung im Bereich der Quanteninformation bringt wichtige gesellschaftliche Fragen mit sich. Die Datensicherheit steht an vorderster Front, da viele aktuelle Verschlüsselungsstandards durch Quantencomputer gefährdet sein könnten. Dabei wird die Frage, wer in der Lage ist, rechtzeitig auf neue Technologien umzusteigen und wer Zugang zu der immensen Rechenleistung von Quantencomputern hat, von zentraler Bedeutung sein. Weiterhin müssen wir überlegen, für welche Anwendungen diese Rechenleistung genutzt wird und wie diese Technologien den Arbeitsmarkt und unsere Bildungssysteme beeinflussen. Schließlich wird auch die Regulierung und ethische Kontrolle von Quantentechnologien zu einer zentralen Debatte führen.
Welche Fähigkeiten und Kenntnisse sind besonders wichtig, um in diesem Gebiet erfolgreich zu sein?
Eine gewisse Affinität zu Mathematik oder Physik ist sicher hilfreich.
Womit beschäftigen Sie sich besonders gerne, wenn es einmal nicht um Quanteninformation geht?
Zur Zeit vor allem mit meinen Kindern und deren Interessen, also Pokemon, diversen (magischen) Tieren und Fabelwesen, glitzernden Einhörnern, Drachen, Prinzessinnen und Rittern.
Zur Person
- FH Technikum Wien Juli 2022 - heute
Lektorin Physik, Schwerpunkt Quanteninformation, Quantencomputing und Quantentechnologien
- FH Technikum Wien August 2020, 2021, 2022 Lektorin Warmup Kurs MATLAB
- FH Technikum Wien SoSe 2021 Lektorin Elektrotechnik Grundlagen (im Rahmen des AMS FIT Programms)
- TU Wien Mai 2015-Juni 2021
Projektassistentin (prae doc) in der Arbeitsgruppe ’Atomphysik und Quantenoptik’ bei Prof. Jörg Schmiedmayer
Laborverantwortliche seit Jänner 2018
- TU Wien WiSe 2019/20
Mentorin für Studierende im ersten Studienjahr im Rahmen des Mentoring Programms der Fakultät für Physik
- TU Wien
Betreuung des HeNe-Laser Experiments im Rahmen des PR Quantenphysik
- Universität Wien
Tutorin an der Fakultät für Physik
zur Vorlesung ’Einführung in die Physikalischen Rechenmethoden’ von Prof. Christoph Dellago (Teil der STEOP)
- sprungbrett Wien 2011 - 2013
FIT (Frauen in die Technik) Referentin: Schulbesuche in Wien, NÖ und Bgld.
Foto: Thomas Astner