Einfach mal kurz in den Weltraum reisen, durch die Sterne gleiten und die Galaxie erkunden. Mit Skiern über die Pisten düsen – oder sich direkt in einen OP-Saal schalten lassen. Gefühlt ganz echt, mittendrin, 3D, umgeben von Bildern, die sich geschmeidig um den Körper und die eigene Wahrnehmung wickeln. Das neue „Holodeck“ der TU Dresden simuliert täuschend echt virtuelle Realitäten in einem komplett LED-basierten Raum.

„Wir wollen Erlebniswelten schaffen, in die wir uns ohne VR-Brille fallen lassen können“, erklärt Professor Frank Fitzek, Inhaber der Deutschen Telekomprofessur für Kommunikationsnetze und Sprecher des Exzellenzclusters der TU Dresden. „Uns interessiert, wie Menschen in den digitalen Welten etwas erleben, erlernen und wie man Wissen vermitteln kann.“ Dafür arbeiten die Wissenschaftler auch mit Psychologen zusammen. Sie wollen menschliches Verhalten an der Schnittstelle zwischen analoger und virtueller Realität besser verstehen.

Großes Potenzial beim Lernen

Ein großes Potenzial für das Holodeck sieht Fitzek in Lernprozessen. „Ein Fünfjähriger würde sofort verstehen, was wir hier treiben. Sie kennen virtuelle Realitäten aus ihren Spielen“, erklärt Forscher Fitzek. „Wenn man sieht, wie schnell junge Menschen virtuelle Welten in einem Spiel wie Minecraft erschaffen und wie zurückhaltend sie beim Satz des Pythagoras sind – dann müsste man den Satz des Pythagoras nur in deren virtuelle Welt bringen und sagen – genau dafür benötigst Du das.“ Wenn mathematische Aufgaben in einem Spiel erlebbar wären, so Fitzek, wäre die Motivation ganz anders. „Kinder würden viel mehr investieren, um das Problem zu lösen.“

Erdanziehung verlangsamen

Fitzek sieht auch für Erwachsene enorme Lernpotenziale: „Jonglieren lernen ist in der Realität ein harter Prozess. Ständig fallen die Bälle herunter, es dauert ewig, bis man es kann“, skizziert der Forscher. „Im Holodeck können wir die Bälle simulieren und die Erdanziehung verlangsamen. So haben wir mehr Zeit, unsere Reaktion auf das Fangen der Bälle abzustimmen. Das lernen wir schneller und haben viel mehr Spaß.“ Möglich sein soll das durch einen Handschuh, der an den Tastsinn appelliert und Berührungen meldet, auch wenn die Bälle „nur“ als Realität simuliert sind.

Tast- und Geruchssinn in digitale Welten einbinden

Um diese und andere Anwendungen zu ermöglichen, möchten Fitzek und sein Team den Tast- und Geruchssinn in die Echtzeitvisualisierungen einbinden. Das soll einerseits durch die eben erwähnten Datenhandschuhe gelingen, andererseits über digitale Nasen, die Gerüche transportieren. „Das Vermitteln von menschlichen Sinnen ist noch gar nicht erforscht, das wollen wir jetzt machen. An der Ceti-Bar sollen zum Beispiel über digitale Nasen Röstaromen hergestellt werden“, erläutert Fitzek. Es gebe außerdem auch die Möglichkeit, Geräusche von anbratenden Zwiebeln zu simulieren. „Wir wissen ja, dass Sinne auch kompensieren können. Blinde hören hervorragend. Diese Mechanismen können wir in der Forschung nutzen.“

Kommunikation mit anderen Menschen

Viel Potenzial sieht Fitzek auch in der Kommunikation mit anderen Menschen. „Wir können Menschen und Roboter im Holodeck trainieren und weltweit vernetzen“, erläutert der Kommunikationsexperte. Dies erlaube es Teams in der Industrie der Zukunft, gemeinsam an industriellen Wertschöpfungsketten zu arbeiten und Prototypen im virtuellen Raum zu testen. „Die Roboter lernen durch die Menschen und umgekehrt.“ Weitere Einsatzmöglichkeiten könnte es auch in der Medizin geben, wenn durch die Zuschaltung von Echtzeitvisualisierungen beispielsweise bei Operationen, Wundversorgung, Behandlungen und Geburten assistiert wird.

Schülerprojekt mit Valencia

Möglich ist auch ein Echtzeitaustausch mit Schülern anderer Länder. „Aktuell arbeiten wir mit einem Partner in Valencia, um Schüler und Schülerinnen in einem Holodeck zusammenzubringen und gemeinsam lernen zu lassen“, sagt Fitzek. Natürlich gebe es immer noch sehr viele Fragen, beispielsweise wie viele Daten dafür transportiert werden müssen. „Wichtig ist erst einmal, das Problem zu sehen, die richtigen Fragen zu stellen. Dies wollen wir nicht nur aus der Theorie, sondern konkret aus den Anwendungen heraus analysieren.“

Hauptfokus: Verzögerungen vermindern

Damit dies alles gelingen kann, bleibt der Fokus der Hauptforschung auf der Verminderung der Verzögerungen. Nur wenn es gelingt, diese Verzögerungen so niedrig wie möglich zu halten, kann ich in Echtzeit kommuniziert werden. Insgesamt 1,5 Millionen Euro hat das Holodeck gekostet.

Quantenlabor vorgestellt

Gleichzeitig stellte die TU Dresden auch ihr neues Quantenlabor vor – das Quantum Communication, Computing und Sensing Lab. Darin wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Quantencomputern, Quantenkommunikation und Quantensensoren forschen. Ein Ziel davon: digital-souveräne, verschlüsselte und abhörsichere Kommunikation ermöglichen. „In diesem Labor wird es das erste Mal möglich sein, die Quantenphysik mit Kommunikation zu verbinden“, erklärte Professorin Ursula Staudinger, Rektorin der TU Dresden. „Das ist eine ganz neue Ebene. Sie ist wichtig für die digitale Souveränität am Standort Deutschland, für die Sicherheit im Sinne der Cybersecurity sowie für die Forschung.“ Besonders mit den Quantensensoren ließen sich Dimensionen der Realität analysieren, die bislang nicht gemessen werden konnten.

Quantenkommunikation soll nahezu abhörsichere Leitungen ermöglichen

Sachsen will in der Quantenkommunikation deutschlandweit Spitzenreiter werden. Das Forschungsnetzwerk für Quantentechnologien “Quantum Saxony” bündelt bereits viele Forschungsprojekte in diesem Bereich. „Diesem Ziel sind wir mit dem Labor ein großes Stück näher gekommen“, erklärt Rektorin Staudinger. „Mit der Kombination der drei Elemente Quantenkommunikation, Quantencomputer und Quantensensoren sind wir ganz weit vorn.“

Junior-Professor Riccardo Bassoli erklärt dazu: „Unser Ziel ist es, über isolierte Quantenanwendungen hinauszugehen und stattdessen integrierte Systeme zu schaffen, in denen Kommunikation, Rechnen und Sensorik zusammenwirken. Dieser ganzheitliche Ansatz versetzt uns in die Lage, neu zu definieren, was zukünftige Netzwerke wie 6G leisten können.“

Quantentechnologie kann für zivile Zwecke wie die Navigation von Autos oder die Analyse von Pharmaprodukten genutzt werden. Gleichzeitig ist sie eine erhoffte Technologie für Verwaltung, Militär und Geheimdienste. Eine große Hoffnung sind die bereits erwähnten abhörsicheren Leitungen über Quantenkommunikation.

Können Leitungen wirklich abhörsicher werden?

Doch, geht das überhaupt? „Die Quantenkommunikation könnte es schaffen, nahezu abhörsichere Leitungen zu ermöglichen“, erklärt der Technologie-Autor und Fachjournalist Heiko Weckbrodt. „Indem die beiden Endpunkte einer Kommunikationsstrecke miteinander quantenverschränkt sind, wird es unmöglich sein, sich zwischen diese beiden Gesprächspartner reinzuhacken und das Gespräch zu belauschen. Die Quantenverbindung würde sofort zusammenbrechen, wenn das einer versuchen würde. Insofern hätte man eine gewisse Gewähr, dass auf der Strecke niemand abhört.“ Trotzdem gebe es immer potenzielle Angriffspunkte, beispielsweise bei den Menschen, die telefonieren, oder den Transformationsprozessen an den Endpunkten der Kommunikationsleitung.