Der kürzlich an den Physiker Anton Zeilinger verliehene Nobelpreis für Physik hat die Quantenforschung in Österreich und an der Universität Wien ins Rampenlicht gerückt (weitere Informationen finden Sie auf französischer Sprache im Monatsbericht für Oktober 2022). Unter den zahlreichen Forschungsgruppen sind die Walther- und Aspelmeyer-Gruppen Referenzen für die österreichische Expertise in der Quantenforschung. Das französische Kulturinstitut in Österreich hat die Forscher und Jungwissenschaftler im Bereich der Physik an der Universität Wien besucht.

Die Walther-Gruppe: Von den Grundprinzipien der Quantenmechanik zu ihren konkreten Anwendungen

Die Walther-Gruppe, die, wie aus ihrem Namen hervorgeht, von Prof. Philip Walther geleitet wird, konzentriert sich auf die Entwicklung von Quantentechnologien für Anwendungen im Informationsbereich und für die Forschung im Bereich der Quantenwissenschaft. Ihre Besonderheit ist die Arbeit mit Photonen, den Elementarteilchen des Lichts.

Die Forscher*innen dieser Gruppe arbeiten an der Entwicklung möglicher Protokolle mit Quanten. Berechnungen werden erstellt und dann im Labor getestet. Mathieu Bozzio ist ein französischer Postdoktorand und arbeitet in der Walther-Gruppe. Er erklärt, dass das "Protokoll" nur dann veröffentlicht wird, wenn die Anwendung im Labor erfolgreich war. Einer der Hauptbereiche der Forschungsgruppe ist die Quantenkryptografie, ein Bereich, in dem Methoden zur Sicherung von Informationssystemen unter Nutzung von Quanteneigenschaften entwickelt werden und an dem Mathieu Bozzio arbeitet. "Die Quantenkryptographie kann z.B. im Zusammenhang mit Kreditkarten verwendet werden. Es geht darum, eine zusätzliche Sicherheitsebene hinzuzufügen, indem man Quantenprotokolle verwendet, die z. B. auf dem Prinzip des quantum coin flipping beruhen, bei dem sich zwei voneinander entfernte und sich gegenseitig misstrauende Spieler auf ein zufälliges Bit einigen wollen ohne von einer dritten Partei abhängig zu sein, oder auch auf ein sich selbst zerstörendes Protokoll (one time program)".

Darüber hinaus ist die Walther-Gruppe Teil einer der ehrgeizigsten Initiativen der Europäischen Kommission im Bereich der Quantentechnologie: das Quantum Flagship, das mit einer Milliarde Euro über einen Zeitraum von zehn Jahren finanziert wird und dessen Hauptziel die erfolgreiche Kommerzialisierung von Krypto-Quanten ist. Laut Mathieu Bozzio ist "die Zusammenarbeit zwischen Frankreich und Österreich in diesem Bereich noch wenig ausgebaut". Er hofft, dass "in den kommenden Jahren neue Brücken geschaffen werden".

 

Mathieu Bozzio in seinem Labor. ©Institut français d’Autriche

Die Walther-Gruppe gehört auch zu den führenden Forschungsgruppen im Bereich der Quantenberechnung und -simulation in photonischen Quantensystemen, insbesondere im Bereich der blinden Quanteninformation (blind quantum computer). Die Forscher*innen arbeiten mit photonischen Quantensystemen, die für Quantenberechnungen am weitesten entwickelt sind, doch die Kommerzialisierung von Quantencomputern ist erst in einigen Jahrzehnten zu erwarten.

Die Aspelmeyer-Gruppe: Das Verständnis der physikalischen Welt im Mittelpunkt der Forschung

Die Aspelmeyer-Gruppe unter der Leitung von Prof. Markus Aspelmeyer arbeitet daran, die Grundlagen der Physik zu entschlüsseln, indem sie ihr Wissen über makroskopische Quantenphysik, kleinräumige Schwerkraft und langfristig über Phänomene der Quantengravitation durch die Vereinigung von Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie weiter ausbaut. Die Forscher*innen dieser Gruppe entwickeln auch präzise Trägheitsdetektionstechniken, um das Gravitationsfeld möglichst kleiner Quellmassen zu messen. "Die Aspelmeyer-Gruppe ist eine der Pioniere auf dem Gebiet der Quantenlevitation in Europa, insbesondere seit ihrer Veröffentlichung über die Rückkopplungskontrolle (feedback cooling to the ground state)", erklärt Salambô Dago, eine französische Postdoktorandin und Forscherin bei der Aspelmeyer-Gruppe. "Meine Arbeit befasst sich mit der Quantenkontrolle schwebender Systeme, ohne sie zu erhitzen. Genauer gesagt arbeite ich an supraleitenden Schwebegravimetern mit Hilfe von Feedback Control (Levitated Superconducting Gravimeters)". Derzeit werden die Technologien der optischen Pinzetten verwendet, eine der Methoden der Theorie der optimalen Quantenkontrolle (Quantum Optimal Control Theory). Diese Erfahrung in Österreich weckt nicht nur ihre intellektuelle Neugier, sondern ermöglicht der Forscherin, "Europa von seiner besten Seite zu erleben, indem sie ungehindert in einer Gemeinschaft europäischer Forscher aus ganz Europa zusammenarbeitet und das Gefühl hat, dieselbe Kultur mit ihnen zu teilen". Salambô Dago ist Preisträgerin des europäischen Programms zur Finanzierung von Postdoktoranden, Marie Skłodowska-Curie Actions, und der Erwin Schrödringer Discovery Finanzierung.

 

Salambô Dago ©Salambô Dago

Die Aspelmeyer Gruppe arbeitet auch mit der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) im Rahmen
vom  europäischen Projekt Q Xtreme des Europäischen Forschungsrats (ERC) zusammen.  Das Projekt ist mit 13 Millionen Euro für einen Zeitraum von sechs Jahren (2021 bis 2027) dotiert und soll klären, ob die Gesetze der Quantenphysik auf massive Objekte angewendet werden können, indem die Quantenüberlagerung auf makroskopischen Skalen getestet wird.

Darüber hinaus gibt es verschiedene Initiativen, die vor kurzem gegründet wurden, wie z. B. die 2021 gestartete und mit 107 Millionen Euro dotierte Quantum Austria Initiative, um die Grundlagenforschung im Bereich der Quantentechnologien zu intensivieren und die Nutzung und Markteinführung innovativer Produkte und Dienstleistungen in diesem Bereich voranzutreiben (weitere Informationen finden Sie auf französischer Sprache im Monatsbericht für Juli 2021). "Die industrielle Entwicklung bleibt in Österreich jedoch am Rande. Im Vergleich dazu fördert Deutschland das Entrepreneurship im Quantenbereich viel stärker", meint Prof. Philip Walther.

Weitere Informationen finden Sie unter:

Die Walther-Gruppe

Die Aspelmeyer-Gruppe