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Kandidat für Physik-Nobelpreis «Mr. Beam» ist voller Zuversicht

30.8.2018

Quantenphysiker Anton Zeilinger gehört weltweit zu den führenden Köpfen, die an einer neuen Art der Informations-Übertragung mittels «spukhafter Fernwirkung» arbeiten. Foto: Matthias Röder
Source: Matthias Röder

Er ist einer der Architekten einer neuen Welt aus geheimnisvollen Bauteilen. Deshalb gilt Anton Zeilinger als Kandidat für den Physik-Nobelpreis. Die Grundlage seiner Forschung ist ein Spuk.

Das besonders winzige Klapprad mit E-Motor hat Anton Zeilinger unter dem Arm, als er sein Büro betritt. «Ich bin ein begeisterter Anwender moderner Technologie», schmunzelt der 73-jährige Quantenphysiker und legt den Helm ab.

In seinem Fall ist die Liebe zur Technik fast Pflicht. Zeilinger forscht unter anderem an der Universität Wien seit Jahrzehnten auf einem Feld, das das Leben künftiger Generationen prägen könnte: Quantencomputer, Quantenkryptographie und Quantenteleportationen. Daten werden dann nicht mehr mit heutigen konventionellen Methoden wie Funk von einem Gerät zum anderen gesendet, sondern wie durch Geisterhand beim Empfänger rekonstruiert - abhör- und diebstahlsicher.

Vielfach ausgezeichnet und immer im engeren Kreis der Kandidaten für den Physik-Nobelpreis ist der Österreicher mehr denn je überzeugt: Die «spukhafte Fernwirkung» von Teilchen, einst von Albert Einstein beschrieben und zugleich im Grunde bezweifelt, werde die Grundlage der Technologie der Zukunft sein. «Ich bin zuversichtlich, weil wir keinen fundamentalen Grund gefunden haben, dass es nicht gehen sollte», sagt Zeilinger der Deutschen Presse-Agentur.

Sein Forschungsgebiet hat Zeilinger in Anlehnung an das legendäre «Beamen» in der Science-Fiction-Serie «Star Trek» den Spitznamen «Mr. Beam» eingebracht. Als ihm 1997 diese Teleportation - der Transport des Zustands eines Lichtteilchens - gelang, wurde er ein weltweit gefragter Mann. Inzwischen hat die Verschränkung von Teilchen - soll heissen: die Information des einen gelangt ohne Übertragungskanal zum anderen - zwischen All und Erde bereits über eine Entfernung von rund 1200 Kilometern geklappt. Auf der Erde selbst ist die weiteste Distanz wegen der atmosphärischen Störungen bisher auf 144 Kilometer beschränkt.

Das Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), das Zeilinger leitet, ist weltweit einer der Hotspots dieser Forschung.

«Bei uns ist es kälter als im All», sagt die angehende Quantenphysikerin Claudia Heindler (24) und zeigt auf das Gewirr an Leitungen, Schläuchen und Apparaten im Labor. Hier wird nicht an Photonen geforscht, sondern an Atomen. Dazu wird in einer Umgebung, die nur eine Winzigkeit über dem absoluten Nullpunkt von minus 273 Grad liegt, ein Quantengas aus rund einer Million Atome erzeugt. Die Teilchen in dem Kondensat sollen laut Heindler durch Kollision miteinander verschränkt werden. «Wir impfen die Teilchen sozusagen.» Auf diese Art geschwisterlich miteinander verbunden, wird die eine Hälfte der Teilchen dann immer den Zustand der anderen annehmen.

Das schafft ungeahnte Möglichkeiten - wie die Herstellung eines Quanteninternets, bei dem Hacker und Geheimdienste keine Chance mehr haben. In der höchst bizarren Quantenwelt können Handlungen sogar Einfluss auf vergangene Ereignisse haben. Das kann bedeuten, ein Quantencomputer beginnt an einem Problem zu rechnen, dessen Input erst in der Zukunft existiert. Hinter den Forschern liegen tausende Versuche. Was mit Lichtteilchen gelungen ist, harrt aber noch des Erfolgs bei den Atomen.

Sehr reale Perspektiven zeigte jüngst ein Quantencomputer bei Forschungen der Universität Innsbruck auf. Dort gelang ein vielversprechender Weg zur Modellierung chemischer Bindungen und Reaktionen. «Selbst die grössten Supercomputer haben Mühe, alles andere als die einfachste Chemie zu modellieren. Quantencomputer, die die Natur simulieren, erschliessen hier eine völlig neue Möglichkeit, Materie zu verstehen», so Forscher Cornelius Hempel. Das könne bahnbrechende Folgen für Medizin, aber auch in der Materialwissenschaft haben.

Bei all diesen Forschungen spielt China unter anderem durch den Start des ersten Quantenkommunikationssatelliten «Micius 2016» eine wichtige Rolle. Ausgerechnet das wegen seiner Zensur und Überwachung berüchtigte Reich der Mitte ist ein zentraler Player bei abhörsicherer Kommunikation? Für Zeilinger ist das kein Widerspruch. Das äusserst strategisch handelnde China habe ein grosses Interesse, dass dank Quanten-Technologie künftig Industriespionage nicht mehr möglich sein werde, meint der Wissenschaftler. «Sie wollen technologische Avantgarde sein.» Dazu passt, dass der zweitgrössten Volkswirtschaft der Welt laut Global Innovation Index (GII) im Juli erstmals der Sprung unter die 20 innovativsten Länder gelang.

Zeilinger selbst ist als Student auf die mit normalem Menschenverstand kaum fassbare Quantenphysik gestossen. «Ich war sofort fasziniert», erinnert sich der Mann mit dem weissen Vollbart. Die Begeisterung schlug sich darin nieder, dass er alle Vorlesungen schwänzte und sich lieber intensiv im Eigenstudium mit der Fachliteratur auseinandersetzte. So ist das Thema Bildung generell eines seiner Hauptanliegen geblieben. «Ich würde in jeder Stadt ein humanistisches Gymnasium gründen», meint er. Die Welt sowie die fundamentalen An- und Einsichten der Griechen und Römer seien für ihn prägend geblieben. «Schule sollte der Bildung und nicht der Ausbildung dienen.»

Zeilinger vergleicht den aktuellen Stand bei der Anwendung der Quantentechnologie mit der Erfindung des ersten Mikrochips vor 50 Jahren. «Damals hatte noch niemand den Hauch einer Idee vom iPhone.» Einen Wunsch muss er allen «Star Trek»-Fans aber aus dem Kopf schlagen: Das Beamen ganzer Menschen werde niemals möglich sein. «Das ist angesichts des grossen Klumpens Materie völliger Unsinn.»

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