Physik Journal 1 / 2023

Die Quantentechnologie gilt als eine der künftigen Schlüsseltechnologien [1]. Die Entwicklung der entsprechenden Hardware wird auf nationaler und europäischer Ebene mit großen Förderprogrammen vorangetrieben. Um die neuen Technologien tatsächlich nutzen zu können, ist es aber essenziell, auch an die Ausbildung der benötigten Fachkräfte zu denken. Bereits heute ist ein gravierender Fachkräftemangel zu spüren, der sich über die kommenden Jahre voraussichtlich weiter verschärfen wird. Umso wichtiger ist es, das Thema Quantentechnologien in der Ausbildung voranzutreiben – und zwar nicht nur an den Universitäten, etwa durch neue Masterstudiengänge. Die motivierende Wirkung, die von der aktuellen Berichterstattung über die Entwicklung von Quantencomputern in den Medien ausgeht, kann helfen, um Schülerinnen und Schüler gezielt anzusprechen und mit dieser Thematik das Interesse für ein Physikstudium zu wecken. International wurde in den letzten Jahren bereits eine Reihe spielerischer Ansätze zu Quantentechnologien entwickelt [2].

Darüber hinaus muss es ein Anliegen der Wissenschaft sein, interessierten Menschen zu ermöglichen, die Grundzüge der Technologie und ihre Folgen zu verstehen, einzuordnen und zu bewerten. Nur so ist es möglich, zu einer reflektierten gesellschaftlichen Debatte über das Zukunftspotenzial der Quantentechnologien zu gelangen. Dies eröffnet zudem die Möglichkeit, eventuellen Vorbehalten gegenüber dieser neuen Technologie zu begegnen. Das Projekt QuantumVR, das im Rahmen der BMBF-Initiative „Quantum aktiv“ gefördert wurde, setzt hier an und will ­einen spielerischen Zugang zu dieser Thematik bieten [3]. Ein Virtual-Reality-Spiel soll das Interesse an Quantentechnologien wecken und erste Einblicke in Quantenprogrammierung geben. Die spielende Person erstellt mit vorgegebenen Quantengattern einfache Quantenalgorithmen, um einen vorgegebenen Zielzustand zu erreichen. (...)

 

Der Tintenstrahldruck [1] ist die technologische Anwendung der Mikrofluidik, die sich am weitesten verbreitet hat. Der Druckvorgang zeichnet sich durch eine hohe Tropfenfrequenz, kleine Tropfenvolumina und die extreme Reproduzierbarkeit des Druck­ergebnisses aus. Bekannt ist die Technik vor allem aus der grafischen Druckindustrie; es gibt aber auch zahlreiche andere Anwendungen, zum Beispiel beim Druck von Solarzellen, Mikrolinsen, Brennstoffzellen, Batterien, Leuchtanzeigen, Flachbildschirmen, Flüssigkristallanzeigen und Halbleitern, in der additiven Fertigung – speziell beim Rapid Prototyping – sowie beim Druck von Polymeren, DNA, Proteinen und lebendem Gewebe.

Einige dieser Anwendungen erlauben keine Fehler und müssen absolut zuverlässig funktionieren. Werden beispielsweise elektronische Bauteile per Tintenstrahldruck hergestellt, kann das Fehlen eines einzigen Tropfens bereits zum Ausfall des gesamten Schaltkreises führen. Auch die medizinische Diagnostik und die präzise Dosierung von Medikamenten erfordern eine ähnlich hohe Präzision.

Die Zusammensetzung und Beschaffenheit der Tinte hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Entsprechend stellen Pigmente in einer wässrigen Lösung nur die gängigste Form dar. Um die Eigenschaften der Tinte gezielt zu steuern, kommen andere kolloidale Teilchen, Vernetzungsmittel, Tenside, Polymere und weitere Zusatzstoffe infrage. Solchen Tinten verfestigen sich in der Regel, wenn das Lösungsmittel verdampft. Bei moderneren Varianten gilt es, das Verfestigen aktiv herbeizuführen: Geschmolzenes Wachs oder flüssiges Metall werden unter ihre Schmelztemperatur abgekühlt, gelöste Kunststoffe vernetzen sich durch ultraviolette Strahlung und organisches Material härtet in chemischen Reaktionen aus. (...)