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Behutsame Dressur der Quanten

Von WZ-Korrespondent André Anwar

Wissen
Die Physiker Serge Haroche und David Wineland sind die Preisträger. ap/reuters

Die Forscher konnten die Teilchen beobachten, ohne sie zu zerstören.


Stockholm. Der Franzose Serge Haroche und der US-Amerikaner David Wineland steigen in den wissenschaftlichen Olymp auf. Sie erhalten zu gleichen Teilen den diesjährigen Physik-Nobelpreis. Das hat Staffan Normark, ständiger Sekretär der königlichen Wissenschaftsakademie, am Dienstag an der Universität Stockholm bekanntgeben. Sie werden für Methoden ausgezeichnet, mit denen einzelne Quantenpartikel gesteuert und gemessen werden können, ohne sie zu zerstören.

Haroche arbeitet am College de France und der École normale superieure in Paris, Wineland am National Institute of Standards and Technology in Boulder, Colorado. Die Forscher, beide Jahrgang 1944, hätten "die Tür zu einer neuen Ära der Quantenphysik-Experimente geöffnet", sagte Normark. Damit hätten sie der Menschheit so etwas wie Augen für eine neue, extrem kleine, aber für den technischen Fortschritt extrem bedeutende Teilchenwelt gegeben, so die Jury.

"Mit ihren einfallsreich ausgeformten Apparaturen gelang es ihnen im Labor, äußerst empfindliche Quantenzustände zu messen, die zuvor unerreichbar für direkte Observationen waren. Sie haben die Kleinstteilchen untersuchen, kontrollieren und zählen können - mit anderen Worten: Sie haben sie dressiert, ohne sie zu berühren", lobt die Nobel-Jury in ihrer Begründung.

Es sei zuvor enorm schwierig gewesen, einzelne Partikel von ihrer Umgebung zu isolieren, da sie ihre Quanteneigenschaften verlören, sobald sie mit der Außenwelt interagieren, erklärte er. Mit ihren Labormethoden sei es den Laureaten gelungen, äußerst zerbrechliche Quantenzustände zu messen und zu kontrollieren. Zuvor waren Physiker davon ausgegangen, dass sie die Quantenpartikel niemals direkt beobachten, sondern deren Eigenschaften nur auf Umwegen durch unterschiedliche Quantentheorien vermuten können.

Praktische Ergebnisse

Die wissenschaftliche Leistung der beiden hat bereits praktische Ergebnisse gebracht. Ihre Mess- und Kontrolltechniken habe der Menschheit bereits die genauste Uhrzeitmessung der Welt ermöglicht, so die Nobelpreisjury. Die Messung sei 100 Mal genauer als die derzeit eingesetzten Atomuhren. Vor allem aber seien die Messtechniken von Haroche und Wineland ein "bahnbrechender Fortschritt" auf dem Weg zu extrem schnellen Computern, sogenannten Quantencomputern.

"Vielleicht werden diese Computer unser Alltagsleben in diesem Jahrhundert auf die gleiche radikale Art ändern wie klassische Computer im vergangenen Jahrhundert." Denn obwohl die Entwicklung solcher superschnellen Computer noch immer weit in der Zukunft liege, sei sie durch die Mess- und Steuerungsinstrumente der beiden Forscher immerhin vorstellbar geworden.

Die Quantenphysik, also die Physik kleinster Teilchen, weißt zahlreiche Eigenschaften auf, die der gewöhnlichen Atomphysik widersprechen. Ähnlich verhält es sich auch mit Quantencomputern, die jegliche heute bekannten Funktionsweisen von Computern auf den Kopf stellen. So arbeiten heutige Rechner noch immer wie die ersten Computer. Ihre Prozessoren kennen noch immer nur zwei Zustände: An oder Aus, Strom oder kein Strom, null oder eins. Sogenannte Quantenprozessoren hingegen sollen mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen können, also etwa null und eins gleichzeitig.

Die Grenzen alter binärer Systeme werden so aufgelöst. Das macht Quantencomputer in der Theorie so unsagbar schnell. Sie sollen unglaublich viele Operationen gleichzeitig durchführen können.

Forscher überwältigt

Beide Forscher zeigten sich dankbar für die Auszeichnung. Haroche wurde bei der Bekanntgabe des Preises live per Telefon zugeschaltet. "Ich bin überwältigt", sagte er.

Der Nobelpreis in Physik ist dieses Jahr mit acht Millionen schwedischen Kronen (knapp 930.000 Euro) dotiert. Das sind 20 Prozent weniger als noch im Vorjahr. Denn auch das nicht optimal angelegte Vermögen der Nobelstiftung ist während der Finanzkrise erheblich geschrumpft.

Rainer Blatt: Hochverdient

Die Verleihung findet traditionell am 10. Dezember statt, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel. 2011 hatten drei Astronomen aus den USA und ein Australier die Auszeichnung für ihre Entdeckung der beschleunigten Expansion des Universums erhalten.

Österreichische Kollegen bezeichneten die Zuerkennung als "hochverdient" und "ausgezeichnete Wahl". Den Innsbrucker Physiker Rainer Blatt verbindet mit den beiden Laureaten eine Freundschaft und langjährige Zusammenarbeit, Wineland war erst im September in Innsbruck, um bei einem Symposium Blatt und dessen Kollegen Peter Zoller zum 60. Geburtstag zu gratulieren.

Mit der Zuerkennung des Nobelpreises an die beiden Wissenschafter Haroche und Wineland ist wohl die Hoffnung auf einen österreichischen Nobelpreis im Bereich Quantenphysik für das Erste geschwunden. Üblicherweise versucht das Nobelpreiskomitee immer wieder Vertreter verschiedener Fachgebiete der Physik zu würdigen, in den nächsten fünf, sechs Jahren wird deshalb kaum mit einem weiteren Preis im Bereich Quantenphysik zu rechnen sein.