Zwei Quantenphysiker erhalten Nobelpreis

Was sagt man, wenn man gerade fast eine Million Euro zugesprochen bekommen hat? Serge Haroche, der Bekanntgabe des Physik-Nobelpreises 2012 live per Telefon zugeschaltet, ließ wissen, dass er "überwältigt" sei. Überwältigt – auch wenn der Wissenschafter vom Collège de France in Paris den Preis mit David Wineland vom National Institute of Standards and Technology in Boulder (US-Bundesstaat Colorado) teilen muss.

Beide Forscher haben sich um den Quanten-Computer verdient gemacht und hätten "die Tür zu einer neuen Ära der Quantenphysik-Experimente geöffnet", teilte das Nobel-Komitee in Stockholm mit. Das sei gelungen, indem Wineland und Haroche einzelne Quanten-Partikel beobachtet haben, ohne sie zu zerstören. Mit ihren "raffinierten Labormethoden" sei es den Preisträgern und ihren Forschungsgruppen gelungen, äußerst zerbrechliche Quanten-Zustände zu messen und zu kontrollieren – von denen man vorher angenommen habe, sie könnten niemals direkt beobachtet werden.

Atome beobachten

Die Entwicklung dieser grundlegenden Methoden, um herauszufinden, was Atome so treiben, nötigt auch Rainer Blatt ganz viel Bewunderung ab. Der Innsbrucker Physiker ist mit beiden Neo-Nobelpreisträgern gut befreundet und arbeitet an ähnlichen Problemstellungen: „Serge Haroche und Dave Wineland haben sich den Preis absolut verdient und waren auch schon lange im Gespräch dafür“, sagt der Physiker.

Ein zentrales Problem in der Quantenphysik ist es, einzelne Partikel von ihrer Umgebung zu isolieren und sie dann vom Einfluss der Umwelt derart abzuschirmen, dass ihre Quanten-Eigenschaften nicht verloren gehen. Durch die Methoden, die die beiden Physiker entwickelten, wurde es möglich, sehr sensible Quantenzustände zu messen und zu kontrollieren, die vorher nicht direkt beobachtet werden konnten. Die neuen Methoden erlaubten es ihnen zum Beispiel Atome zu untersuchen, zu zählen, mit ihnen zu experimentieren, erklärt Blatt.

Wineland fing elektrisch geladene Atome, sogenannte Ionen, in Fallen, um sie dann mittels Photonen zu messen. Haroche ging den umgekehrten Weg: er misst und kontrolliert in Fallen gefangene Photonen, indem er Atome durch die Falle schickt.

Und wozu das ganze? Irgendwann könnten diese Erkenntnisse uns den Quanten-Computer bescheren. Und der „werde unser Alltagsleben in diesem Jahrhundert vielleicht auf die gleiche radikale Art ändern wie klassische Computer im vergangenen Jahrhundert“, spekuliert die königlich-schwedischen Akademie der Wissenschaften, die die Nobelpreise vergibt.

Alle Gewinner der Physik-Nobelpreise können Sie hier nachlesen.

Superschnell

Tatsächlich arbeiten Quanten-Computer vollkommen anders als digitale Rechner. Letztere basieren auf einem binären System aus Nullen und Einsen – es gibt nur zwei Zustände: An oder Aus, Strom oder kein Strom. Quanten-Prozessoren erheben sich über die Gesetze der klassischen Physik, sie können mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen, stellen also Null und Eins gleichzeitig dar. Wissenschaftler bezeichnen diese Fähigkeit der sogenannten Quantenbits, kurz Qbits, als Superposition. Das Besondere: Ein Quantencomputer kann mit allen Superpositionen eines Qbits gleichzeitig rechnen. Er arbeitet superparallel und kann sehr viele Rechenoperationen gleichzeitig durchführen.