Einem besonders komplexen Thema mit enormen Zukunftspotenzial widmete sich der dritte Vortrag der Jubiläumsreihe der Ulmer Universitätsgesellschaft (UUG). Professor Fedor Jelezko, Leiter des Instituts für Quantenoptik, referierte in der neuen Kundenhalle der Sparkasse über Diamanten in der Quantentechnologie.
In seinem Grußwort bezeichnete Universitätspräsident Professor Michael Weber die Quantenwissenschaften als „Kür der Physik“. In diesem Forschungsgebiet sei die Universität besonders stark und trete deshalb mit dem Thema bei der Exzellenzstrategie an. Einen gehörigen Anteil an dieser Forschungsstärke hat Professor Jelezko: Der gebürtige Weißrusse zählt in seinem Gebiet zu den meistzitierten Köpfen der Welt, er ist Mitglied der Heidelberger Akademie der Wissenschaften und wurde vielfach ausgezeichnet – zuletzt mit dem Landesforschungspreis und dem ZEISS Research Award. Ende 2012 gelang es Jelezko, gemeinsam mit den Professoren Martin Plenio und Tanja Weil (Gruppe BioQ) einen ERC Synergy Grant über rund 10,3 Millionen Euro einzuwerben.
"Geheimnisse" der Quantenmechanik
Eingangs belegte Fedor Jelezko, dass sein Fachgebiet ganz zu Unrecht als grundlagenlastig gilt. Die Physik habe erheblich zur Etablierung von Selbstverständlichkeiten wie dem Auto und dem Schienenverkehr beigetragen. Während die Gesetze dieser „klassischen Physik“ bereits gut verstanden seien, berge die Quantenphysik jedoch noch Geheimnisse. Denn in der Welt der kleinsten Teilchen gelten ganz eigene Gesetze: Hier regiert der Zufall und Quantenteilchen können beispielsweise zwei Zustände gleichzeitig annehmen. Diese nur schwer vorstellbaren Eigenheiten ebnen den Weg zu neuen Technologien, die auf Quantenkohärenz beruhen.
Beispiel Quantenkryptographie: Bei dieser Form der abhörsicheren Datenübermittlung sind Lichtteilchen Informationsträger und Sender sowie Empfänger müssen über einen entsprechenden „Schlüssel“ verfügen. Ein wichtiger Vorteil: Spione werden sofort bemerkt, da ein „Lauschangriff“ die Teilchen verändert. Die Quantenkryptographie ist unter anderem für Banken und militärische Zwecke interessant. „Im vergangenen Jahr haben chinesische Forscher einen ,Quantensatelliten‘ ins All geschickt, um die extrem sichere Datenübertragung zwischen zwei Stationen zu realisieren“, erläuterte Jelezko.
Anwendungen in naher Zukunft
Der hochleistungsfähige Quantencomputer, der bei Raumtemperatur funktioniert, ist ein weiteres Ziel der Ulmer Quantentechnologen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Rechnern operiert dieser Superrechner mit Qubits, die zwei Zustände auf einmal einnehmen können.
Während dieser unglaublich schnelle Computer, der mehrere Berechnungen gleichzeitig durchführen kann, noch ein bis zwei Jahrzehnte auf sich warten lässt, verbessert die Quantenphysik voraussichtlich schon bald die medizinische Bildgebung. Im Magnetresonanztomographen sollen dann Strukturen einzelner Moleküle sichtbar werden – auch dank der Forschung der Ulmer Gruppe BioQ.
Bei diesen neuartigen Technologien spielen extrem reine, künstliche Diamanten eine wichtige Rolle. In ihren Farbzentren können Fremdatome unter Kontrolle gebracht und ihr Spin-Zustand per Laser ausgelesen werden. Bei seinem Vortrag demonstrierte Fedor Jelezko auch, wie solche Diamanten „gezüchtet“ werden.
In ihren Grußworten hatten UUG-Geschäftsführer Dietrich Engmann und Manfred Oster, Vorstandsvorsitzender der Ulmer Sparkasse, die Schwierigkeit des Vortragsthemas betont. Doch das Publikum dankte Jelezko mit interessierten Fragen und einem gebührenden Applaus.
Die nächsten UUG-Vorträge starten im Mai und behandeln die Leukämieforschung ebenso wie das automatisierte Fahren und den Einfluss von Umweltveränderungen auf Mensch und Tier.
Text und Medienkontakt: Annika Bingmann