Übergreifend

Reise in die Forschung

Ein Gespräch über Quantenphysik

In unserer LEIFI-Reihe „Reise in die Forschung“ stellen wir euch in größeren Abständen verschiedene Forschungsprojekte aus der Physik vor. Dabei erhaltet ihr nicht nur einen Einblick in aktuelle Forschungsthemen sondern erfahrt auch, wie fachübergreifend solche Projekte häufig bearbeitet werden.

Ein Gespräch über Quantenphysik

Zur selben Zeit zwei oder noch mehr Zustände einnehmen – in der Quantenphysik ist das kein Problem. Doch gerade diese Eigenschaft macht es sehr schwer, sich mit der Welt der Quanten auseinanderzusetzen. Wir haben jemanden gefragt, der das trotzdem macht: Prof. Ignacio Cirac.

Prof. Cirac ist Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München. Er wurde am 12.11.2015 mit dem „Hamburger Preis für theoretische Physik“ der Joachim Herz Stiftung und des Bundesexzellenzclusters „The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging“ (CUI) der Universität Hamburg ausgezeichnet. Der gebürtige Spanier erhielt den Preis für seine Forschungsarbeit im Bereich der der Quanteninformations-Theorie, der Quantenoptik und der Physik von Vielteilchensystemen – einer Grundlage u.a. für die Entwicklung von besonders schnellen Quantencomputern. Verknüpft mit dem Preis sind Aufenthalte für Forschung und Lehre in Hamburg, denen Prof. Cirac schon jetzt gespannt entgegen blickt.

Ralf Krauter, Wissenschaftsjournalist und Science Reporter aus Köln, hat Prof. Cirac Fragen gestellt. Seine Antworten geben einen kleinen Einblick in die Welt der Quantenphysik und die Denkweise eines Quantenphysikers.

Quantenmechanik im Alltag

In der Welt der Quanten gelten Regeln, die in der makroskopischen, also sichtbar erfahrbaren Welt nicht plausibel erscheinen. Bereits im Jahr 1935 veröffentlichte der Physiker Erwin Schrödinger mit „Schrödingers Katze“ ein Gedankenexperiment, das die direkte Übertragung quantenmechanischer Begriffe auf die makroskopische Welt problematisiert. Haben wir in unserem Alltag überhaupt mit Quantenmechanik zu tun?

„Es ist alles sehr abstrakt“

Von außen betrachtet wirkt Quantenmechanik unverständlich. Es ist ein Gebiet mit vielen Formeln und wenig Anschauungsbeispielen. Doch hat jemand, der täglich damit zu tun hat, eine besondere Denkweise?

Von Philosophie, Mathematik und Anwendungsmöglichkeiten

Prof. Cirac hat Physik studiert, im Bereich der theoretischen Physik promoviert und ist seit 2001 Direktor am Max Planck Institut für Quantenoptik in Garching. Er ist durch und durch theoretischer Physiker und seit Jahren von der Quantenphysik fasziniert. Wir haben ihn gefragt, was ihn an der Quantenphysik so begeistert, dass er jeden Tag damit verbringt.

Neue Anwendungen: Der Quantencomputer

In der Welt der Quanten ist die Überlagerung von Zuständen möglich. Eine Eigenschaft, die u.a. die Forschung im Bereich der Quanteninformationstheorie nutzt: In einem herkömmlichen Computer werden Informationen in Form von Bits kodiert, die die Werte „0“ oder „1“ annehmen können. In einem Quantensystem dagegen kann eine Überlagerung der beiden Zustände „0“ und „1“ vorliegen. Das sogenannte „Quanten-Bit“ wird also gleichzeitig mit beiden Werten  beschrieben und nimmt erst bei einer Messung des Systems einen der Zustände „0“ oder „1“ an. Unter anderem durch diese Besonderheit eröffnet die Quantenmechanik ganz neue Möglichkeiten Daten zu speichern und Rechenoperationen durchzuführen. In bestimmten Bereichen der Datenverarbeitung und insbesondere der Verschlüsselung von Informationen könnten Quantencomputer damit deutlich schnellere Rechenleistungen und sicherere Methoden als herkömmliche Computer erlauben. Doch wann ist es endlich soweit?

Ausschnitte aus der Preisverleihung und Prof. Ciracs Pläne für seinen Aufenthalt in Hamburg könnt ihr hier sehen:

 
Ergänzendes Material zum Thema bei Welt der Physik
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