Erfolgreiche Quantenforschung: Verlängerung für Großprojekt

© C. Lisdat, PTB

Der Senat der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat nach seiner Sitzung am 28. Mai mitgeteilt, dass der Sonderforschungsbereich 1227 - Designte Quantenzustände der Materie (DQ-mat) für weitere vier Jahre gefördert wird. Dafür stellt die DFG rund 9,2 Millionen Euro bereit. "Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Sonderforschungsbereich DQ-mat haben in den letzten vier Jahren herausragende Forschungsleistung bewiesen. Ich freue mich sehr über diese Entscheidung und danke den Akteurinnen und Akteuren für ihr großes Engagement. Das Votum der DFG zeigt einmal mehr, dass die Leibniz Universität auch in der Quantenoptik zu den führenden Universitäten in Deutschland und darüber hinaus gehört", erklärt der Präsident der Leibniz Universität Prof. Volker Epping. Neben der Leibniz Universität ist die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig im Sonderforschungsbereich beteiligt. 

Erforschung der Welt der Quantenmechanik

In DQ-mat lassen die Wissenschaftler die Grenzen der klassischen Physik hinter sich und erforschen die beeindruckende Welt der Quantenmechanik, die mit ihren Phänomenen wie Verschränkung und Superposition oft im Gegensatz zur Alltagserfahrung steht. Doch erst das Verständnis der Prinzipien von Quanteneffekten ermöglichte die Entwicklung zahlreicher heute alltäglicher Technologien wie Laser oder Navigationssysteme.

Suche nach Kandidaten für dunkle Materie

Das Verständnis und die Kontrolle von Quantensystemen, die aus einzelnen Atomen oder Molekülen bestehen, ist bereits weit fortgeschritten. Im Sonderforschungsbereich DQ-mat wollen die Forschenden diese Kontrolle nun auf größere, miteinander wechselwirkende Systeme ausdehnen. "Erst die Beherrschung von Vielteilchen-Effekten ermöglicht beispielsweise die Entwicklung von Quantensensoren wie Atomuhren als Zeitmesser oder Atominterferometern zur Messung von Beschleunigungen mit bisher unerreichter Genauigkeit und Auflösung", erläutert SFB-Sprecher Professor Piet Schmidt. Neben Fragestellungen nach der Erzeugung und den Eigenschaften solcher Vielteilchen-Quantensysteme wollen die Wissenschaftler aber auch in neue Bereiche für Tests fundamentaler Physik vorstoßen. Dazu gehören zum Beispiel Fragen nach einer möglichen Änderung von Naturkonstanten oder die Suche nach Kandidaten für dunkle Materie. 

Erste Schritte zum Aufbau eines Quantencomputers mit Ionen

In der ersten Förderperiode wurden dazu wichtige Grundlagen gelegt auf denen die DQ-mat Forschenden in den nächsten vier Jahren aufbauen wollen. So haben sie beispielsweise ein neues Sensorkonzept mit gekoppelten Lichtfeldern getestet, ein neuartiges Kühlverfahren zur Vereinfachung von Quantensimulatoren entwickelt, erste Schritte zum Aufbau eines Quantencomputers mit Ionen unternommen oder die Verschränkung von einigen tausend Atomen nachgewiesen. Diese Aktivitäten sollen nun fortgesetzt und in neuen Anwendungsfeldern zum besseren Verständnis physikalischer Grundlagen beitragen.

Schülerlabor foeXlab

Mit dem außerschulischen Schülerlabor foeXlab will der Sonderforschungsbereich außerdem die Lücke zwischen der öffentlichen Wahrnehmung von Quantenphysik und der Forschung schließen. "Die Quantenphysik ist ein Zukunftsthema, wird an den Schulen aber meist nur theoretisch behandelt. Mit dem foeXlab bieten wir Experimentierstationen zur Interferometrie und mit echten Quantenzuständen des Lichts. Das können sich Schulen alleine aus Ausstattungsgründen nicht leisten", sagt Schmidt. Das foeXlab wurde sehr erfolgreich in die Bildungsregion Hannover integriert und umfasst neben den Experimentierkursen für Schüler der Sekundarstufe II auch Angebote zur Lehrerfortbildung und die Ausbildung von Lehramtsstudierenden.

Sonderforschungsbereich 1227: Designte Quantenzustände der Materie (DQ-mat)

Der Sonderforschungsbereich 1227: Designte Quantenzustände der Materie (DQ-mat) – Herstellung, Manipulation und Detektion für metrologische Anwendungen und Tests fundamentaler Physik startete am 1. Juli 2016, die zweite Förderperiode läuft nun bis 31. Juni 2024. Maximal kann er ein weiteres Mal um vier Jahre verlängert werden. 

(Veröffentlicht: 29. Mai 2020)