Am Anfang stand das Ärgernis. In den japanischen Toyota-Werken mussten Logistikmitarbeiter, so wie überall auf der Welt, unzählige Strichcodes scannen, um den Fluss in der Fertigung aufrechtzuerhalten. Nicht nur die einzelnen Pakete mussten erfasst werden, sondern oftmals bis zu 20 verschiedene Barcode-Aufkleber pro Paket. Dies bedeutete nicht nur 20 mögliche Fehlerquellen, sondern auch einen gewaltigen Zeitaufwand - ganz zu schweigen von den Problemen, sollte auch nur ein Aufkleber beschädigt sein.

Wieso so viele Strichcodes pro Stück nötig waren, ist schnell gesagt: Man kann nämlich in einem Barcode nur 20 alphanumerische Zeichen speichern. Diese Grenze schien kurz nach Erfindung der ersten Computer in den 30er Jahren des vergangenen Jahrhunderts wohl ausreichend und sinnvoll. Vor allem aber technisch umsetzbar, wie die Patentanmeldung von N.J. Woodland und B. Silver aus dem Jahr 1948 zeigt, die als Grundlage für die weitere Entwicklung von Barcodes angesehen wird.

Ein Spiel führte zum "Heureka!"

Zurück in die 1990er Jahre. Logistik und Warenwirtschaft haben ein Ziel: alle benötigten Güter zum richtigen Zeitpunkt in der richtigen Menge an der richtigen Stelle bei möglichst geringen Kosten verfügbar zu haben. Ein besserer, schnell lesbarer und vor allem mit mehr Informationen befüllbarer Code war dringend notwendig. Also machten sich Entwicklerteam der Tochterfirma einer Tochterfirma von Toyota, namentlich Denso Waves, an die Entwicklung eines neuartigen 2D-Codes.

Die große Herausforderung lag darin, alle Wünsche und Anforderungen in einen Code zu packen. In einem Interview erklärte der damalige Teamleiter Masahiro Hara den großen Durchbruch mit den Worten: "Ich habe in meiner Mittagspause immer Go gespielt. Eines Tages, als ich die schwarzen und weißen Teile auf dem Raster anordnete, fiel mir auf, dass dies eine einfache Möglichkeit war, Informationen zu übermitteln. Es war ein ‚Heureka!‘-Moment."

Wer einen QR-Code mit diesem Hintergrundwissen betrachtet, dem offenbart sich sogleich auch das Spielbrett des japanischen Strategiespiels Go. Ein QR-Code ist durch ein zweidimensionales Muster aus quadratischen schwarzen und weißen Punkten gekennzeichnet. Mit diesem Muster ist es möglich, 200 Mal mehr Informationen als mit einem Standard-Barcode einzubetten. Die Codes können grundlegende Informationen wie Links zu Websites, Text- oder Bildnachrichten oder große Datenmengen enthalten, die aus mehr als 4.200 alphanumerischen Zeichen bestehen können, die in die Muster codiert sind. Um auf die Informationen zuzugreifen, muss eine Person nur den QR-Code scannen.

1994 konnten dann Masahiro Hara und seine Teammitglieder Takayuki Nagaya, Motoaki Watabe, Tadao Nojiri und Yuji Uchiyama die Fertigstellung des neuartigen QR-Codes vermelden. Das Entwicklerteam gewann damit übrigens im Jahr 2014 den Publikumspreis des Europäischen Erfinderpreises des Europäischen Patentamtes in der Kategorie "Außereuropäische Staaten".

Der QR-Code besteht aus einer quadratischen Matrix aus schwarzen und weißen Quadraten, die die kodierten Daten binär darstellen. Eine spezielle Markierung in drei der vier Ecken des Quadrats gibt die Orientierung vor. Somit können diese Strichcodes viel schneller ausgelesen werden als ihre Vorgänger. Womit nun endlich auch das Rätsel um den Namen gelöst wäre - QR steht nämlich für "Quick Response" (rasche Reaktion). Auch bei der Fehlertoleranz setzte diese Innovation neue Maßstäbe. Da die Daten um einen fehlerkorrigierenden Code erweitert wurden, ist es möglich, selbst wenn bis zu 30 Prozent des Codes nicht mehr lesbar sind, diesen noch zu dekodieren.

Informations-Overflow

Ein Absatz nun speziell für Zahlenfans: Der maximale Informationsgehalt eines QR-Codes (177×177 Elemente, Fehlerkorrektur-Level "L") beträgt 23.648 Bit (2.956 Byte). Damit lassen sich laut Hersteller 7.089 Dezimalziffern, 4.296 alphanumerische Zeichen oder 1.817 Kanji-/Kana-Zeichen aus dem japanischen Alphabet kodieren.

Da Denso Waves nicht die Möglichkeiten hatte, den Code auch ausreichend schnell mit Leben - also Anwendungen - zu füllen, wurden die Spezifikationen freigegeben. Dies war der Durchbruch im Bereich der Warenwirtschaft und sorgte für einen enormen Zeit- und Kostengewinn in den traditionellen Fertigungs- und Lieferbetrieben. Doch es dauerte nicht lange, da erkannte man auch außerhalb dieser klassischen Branchen das Potenzial und die Möglichkeiten dieser Entwicklung. Im Gegensatz zum Strichcode, der stets kommerzielle Nutzung im Fokus hatte und naturgemäß spezielle Lesegeräte erforderte, sorgten die aufkommenden Smartphones für die Eröffnung neuer Anwendungsgebiete und Märkte. Wo man als Anwender früher noch eigene QR-Code-Reader, also Handy-Anwendungen herunterladen musste, erkennen heute die Smartphone-Kameras QR-Codes problemlos und öffnen die dahinterliegenden Informationen für die Anwender.

Waren es zunächst meist Gewinnspiele oder andere Marketingaktivitäten, mit denen Unternehmen die Kunden zur Nutzung animieren wollten, finden sich QR-Codes heute in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen und Nutzerszenarien. In Japan seit Jahren beliebt, lassen sich dort auch die meisten Anwendungen im öffentlichen Leben finden. QR-Codes sind zum Beispiel an den Waggontüren im U-Bahn-System Toei in Tokio angebracht. Eine auf dem Bahnsteig montierte Kamera scannt die Codes, sodass die Tore auf dem Bahnsteig synchron mit den Zugtüren geöffnet werden können.

Und in einem Testversuch läuft derzeit ein Bankomat, der anstelle einer physischen Karte einen QR-Code scannt, der Informationen zu den Gesichtszügen des Kontoinhabers und andere Details enthält. Mit einer eingebauten Kamera kann der Geldautomat feststellen, ob die Person, die diesen gerade bedient, tatsächlich der Kontoinhaber ist. Erst wenn diese Prüfung positiv ist, wird das Bargeld ausgegeben. In Europa waren QR-Codes einige Zeit lang in Printmedien abgedruckt, um einen schnellen Zugriff auf Online-Inhalte zu liefern. Oder sie werden in Museen eingesetzt, um schnell weiterführende Information auffindbar zu machen.

Die Pandemie als Triebfeder

Den großen QR-Durchbruch in Österreich brachte aber nun die Corona-Pandemie. Kein Test ohne Code, kein Ergebnis ohne eindeutige Zuordnung. Die Anforderungen, die Test- oder Impfstraßen und in weiterer Folge mit dem Grünen Pass auch noch andere Unternehmen stellen, erfüllen die Barcodes uneingeschränkt. Wem sich die Sinnhaftigkeit des grafischen Gebildes im Alltag bisher noch verschloss, nun kennt man sie.

Doch auch wenn man getrost von einem echten Höhenflug der Nutzung sprechen kann, die Grenzen und Möglichkeiten der QR-Codes sind noch lange nicht ausgereizt. Nur wenige Tage vor dem Ausbruch der Corona-Pandemie sagte Entwickler Hara in einem Interview: "Ich würde gerne QR-Codes sehen, die medizinische Informationen enthalten, die an Einzelpersonen zur Verwendung in Katastrophensituationen verteilt werden. Mitarbeiter in Evakuierungszentren könnten die Codes scannen und so angemessene medizinische Dienstleistungen erbringen."

Noch ist es nicht so weit, aber in China werden derzeit farblich unterschiedliche Codes eingesetzt, die somit schon optisch über die jeweilige Krankengeschichte aufklären. Eher kein wünschenswertes Ziel und auch nicht das, was Hara meinte; es zeigt aber, wie einfach und schnell Modifikationen möglich sind. Auch Sicherheits- und Datenschutzaspekte gilt es zu berücksichtigen, doch die Technologie selbst ist bei weitem noch nicht ausgereizt. Aktuell sind etliche Abwandlungen und vor allem optische Verbesserungen zu finden, von Micro-QR über Design-QR reicht eine Palette der Ansätze.

Auch die zukünftige Anwendung scheint gesichert: Im Jahr 2020 vermeldete das Team um Marcus Huber vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Wien einen Durchbruch bei Quanten-QR. "Es gelingt uns schon recht gut, diese hochdimensionalen Systeme hinsichtlich ihrer räumlichen Eigenschaften zu verschränken", so Huber. Vergleichbar ist das mit den bekannten QR-Codes. Verändert man hier das eine oder andere schwarze oder weiße Quadrat, ändert sich auch der Informationsgehalt. Auch vielschichtig räumlich verschränkte Photonen, die von einem Ort zum anderen geschickt werden, erzeugen etwa beim Auftreffen auf einem Bildschirm verschiedene Muster oder vielmehr Hologramme: "Das ist räumliche Kodierung."

Der QR-Code ist gekommen, um zu bleiben. Aktuell zeigt er Millionen Menschen sein breites Anwendungsspektrum und seinen Nutzen.