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GCRI · Quantentechnologien

Überblick über das Feld

Die Quantenwissenschaft untersucht, wie sich Materie und Licht auf kleinsten Skalen verhalten, wo Teilchen in Überlagerungen von Zuständen existieren, miteinander verschränkt sein können und wie Wellen interferieren. Die Quantentechnologie macht diese Effekte in Geräten nutzbar: Computer, die Informationen in Qubits verarbeiten, Sensoren, die Zeit, Schwerkraft und Magnetfelder mit außerordentlicher Präzision messen, und Kommunikations Systeme , deren Sicherheit auf Physik beruht. Diese Seite erklärt das Fachgebiet, warum es wichtig ist und wie es mit anderen Risiken zusammenhängt.

MINT-Methoden
5
Kanonische Methoden, die dieses Feld anwendet
Themen
8
Themenseiten im Fachgebiet
Partner
5
Plattformen in gemeinsamen Feldern im gesamten Netz
Berichtsreihen
2
Reports-Reihen, zu denen es beiträgt
01Warum das wichtig ist

Chance und Störung aus derselben Physik.

Quantentechnologien könnten Chemie, Materialforschung, Navigation und Erdbeobachtung voranbringen. Zugleich bedrohen sie eine Grundlage digitalen Vertrauens: die Public-Key-Kryptografie, die Kommunikation, Zahlungen, Software-Updates und Identität absichert. Beide Wirkungen sind zeitlich ungewiss, doch der kryptografische Übergang muss beginnen, bevor die Bedrohung ausgereift ist, weil die Umstellung von Systeme Jahre dauert und manche Daten über Jahrzehnte vertraulich bleiben müssen.

Quantentechnologie ist zudem strategisch: Forschungskapazitäten, spezialisierte Komponenten und Fachkräfte sind an wenigen Orten konzentriert, und Regierungen behandeln das Fachgebiet als Frage der wirtschaftlichen und nationalen Sicherheit. Das prägt Zusammenarbeit, Exportkontrollen und Zugang.

02Monitoring

Überblick über das Fachgebiet.

Die Ansicht, die ein Team nutzen würde, um dieses Thema zu verfolgen: seine Messgrößen, Zustände und Entscheidungen. Namen sind Beispiele, Werte sind illustrativ.

Field overview: the screen’s structure, terms and states for Quantum technologies.Beispielnamen und beispielhafte Werte; ein Entwurf, kein Eintrag und kein Live-System.
03Was Fachleute untersuchen

Die zentralen Fragen.

  1. 01

    Berechnung

    Was Quantencomputer leisten können, in welchem Maßstab und mit welchen Fehlerraten. Siehe Quantencomputing sowie Quantentechnologie und Materialien.

  2. 02

    Messung und Kommunikation

    Sensorik, Zeitgebung und quantengesicherte Verbindungen. Siehe Quantensensorik und Quantenkommunikation.

  3. 03

    Sicherheitsübergang

    Migration zur Post-Quanten-Kryptografie. Siehe Post-Quanten-Kryptografie.

  4. 04

    Kapazität und Wirtschaft

    Kompetenzen, Lieferketten und Anwendungen. Siehe Quanten-Fachkräfte und Quantenindustrien.

  5. 05

    Verantwortung

    Doppelte Verwendbarkeit, Gerechtigkeit und ehrliche Kommunikation von Unsicherheit. Siehe verantwortungsvolle Quanteninnovation.

04Verbindungen

Wie Quantentechnologie andere Systeme berührt.

Der kryptografische Übergang betrifft jeden digital abhängigen Sektor: Finanzen, Energie, Gesundheit, Verwaltung und Telekommunikation. Quantensensorik könnte Navigation und Erdbeobachtung verändern, mit Folgen für Raumfahrt Systeme und kritische Infrastruktur. Abhängigkeiten und Folgen legt die Verbindungen dar. Zu den Partnerbereichen gehören Cybersicherheit und digitale Resilienz bei GCRI, AI and Digital Governance beim Global Risks Forum (GRF) und Financial Cyber and Operational Resilience bei der Global Risks Alliance (GRA).

05Methoden

Worauf die Evidenz beruht.

Das Fachgebiet stützt sich auf Physik und Quantenwissenschaft, Quantentechnologie, Kryptografie, Materialwissenschaft und Chemie sowie Statistik. Annahmen und Grenzen sind unter Methoden und Unsicherheit.

06Seiten

Seiten in Feldüberblick.

07Fragen

Fragen und Antworten.

Was ist ein Qubit?
Die Grundeinheit der Quanteninformation. Anders als ein klassisches Bit, das entweder null oder eins ist, kann ein Qubit in einer Überlagerung beider Zustände existieren, und Qubits können verschränkt werden, sodass ihre Zustände korreliert sind. Physische Qubits werden in supraleitenden Schaltkreisen, gefangenen Ionen, neutralen Atomen, Photonen und anderen Systemen realisiert.
Werden Quantencomputer klassische Computer ersetzen?
Nein. Von Quantencomputern wird erwartet, dass sie bei bestimmten Problemen helfen, etwa bei der Simulation von Quantensystemen und bestimmten mathematischen Aufgaben. Der größte Teil des Rechnens wird klassisch bleiben.
Auf welche Methoden stützt sich das Fachgebiet?
Physik und Quantenwissenschaft, Quantentechnologie, Cybersicherheit und Kryptografie, Materialwissenschaft und Chemie sowie Wahrscheinlichkeit und Statistik. Siehe der STEM-Grundlagenseite.
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