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ÖSTERREICH JOURNAL NR. <strong>209</strong> / 21. 12. 2023 Wissenschaft & Technik Die Quantenphysik befindet sich an einem Wendepunkt 152 Österreich hat sich als internationaler Hotspot der Quantenforschung etabliert. ÖAW-Quantenphysikerin Francesca Ferlaino erklärt, wie es auch mit dem neuen Exzellenzcluster »Quantum Science Austria« des FWF gelingen soll, die heimische Quantenforschung auf der Überholspur zu halten… Österreichs Quantenforschung ist Weltklasse – das hat nicht zuletzt die Verleihung des Physik-Nobelpreises an Anton Zeilinger 2022 bestätigt. Dazu beitragen, daß die heimische Grundlagenforschung diese Po sition festigen kann, wird der im Sommer 2023 gestartete Exzellenzcluster „Quantum Science Austria“. Finanziert vom Wissenschaftsfonds FWF, bündeln darin mehrere wissenschaftliche Einrichtungen des Landes ihre Expertise, um den Austausch und Informationsgewinn zu stärken. Francesca Ferlaino, wissenschaftliche Direktorin des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation Innsbruck der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und ÖAW- Mitglied, repräsentiert in diesem quantenphysikalischen Großvorhaben die Akademie. Im Interview erklärt sie, wo die Forschungsschwerpunkte liegen und wie Österreich sei - ne Spitzenposition in der Quantenforschung sogar ausbauen könnte. Quantenphysikalische Netzwerke Warum brauchen wir den neuen Quanten- Exzellenzcluster? Francesca Ferlaino: Österreich war historisch gesehen immer ein Zentrum der Quantenphysik. Einige der Schlüsselideen sind hier entwickelt worden. Der Exzellenzcluster wird auf diesem fruchtbaren Boden aufbauen und die hervorragenden WissenschaftlerInnen im Land zusammenbringen. Es gab auch schon bisher sehr gute Quantenforschung in Österreich und im Umfeld der beiden großen Zentren in Wien und Innsbruck ist ein schönes nationales Netzwerk entstanden. Der Exzellenzcluster wird dafür sorgen, daß die Community weiter wachsen kann und wir weiterhin Spitzenforschung betreiben können. Foto: IQOQI Innsbruck/Martin Vandory Francesca Ferlaino, wissenschaftliche Direktorin des Instituts für Quantenoptik und Quanten nformation Innsbruck der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und ÖAW-Mitglied „Quantum Science Austria“ ist also nicht auf ein Institut beschränkt? Ferlaino: Der Exzellenzcluster soll möglichst inklusiv sein und „Verschränkungen“ zwischen den ForscherInnen an verschiedenen Instituten erzeugen, wenn wir im Quantenjargon bleiben wollen. Das Netzwerk im Land soll so weiter wachsen, um den Austausch von Ideen und neue Kooperationen zu fördern. Wichtig ist, daß auch kleine Forschungsgruppen einen Beitrag leisten können. Wir laden alle QuantenphysikerInnen im Land ein, sich zu beteiligen. Wir werden an den Quantenzentren in Innsbruck, Linz und Wien aktiv nach neuen Ideen suchen und diese dann sehr flexibel und kooperativ umsetzen. Auch die Industrie und die Politik sind inzwischen auf die Quantenforschung aufmerksam geworden. Bekommen QuantenforscherInnen mehr Aufmerksamkeit als früher? Ferlaino: Die Quantenphysik befindet sich derzeit an einem Wendepunkt, weshalb der Exzellenzcluster auch genau zur rechten Zeit kommt. Auch die Industrie und die Politik sind inzwischen auf die Quantenforschung aufmerksam geworden, wie zum Beispiel am EU-Flaggschiffprojekt zum Thema zu er - kennen ist. »Österreich Journal« – https://kiosk.oesterreichjournal.at Verständnis vor Anwendung Sind vielversprechende Anwendungen wie Quantencomputer oder Quantensensoren der Grund? Ferlaino: Viele interessante praktische An - wendungen stehen kurz davor, Realität zu werden. Das Hauptziel des Exzellenzclusters ist aber, unser Verständnis der Quantenmechanik weiter auszubauen. Es gibt grundlegende Probleme, die gelöst werden müssen, bevor die Quantenphysik uns auf die nächste technologische Stufe heben kann. Jede neue Technologie ist am Ende eine Folge von er - folgreicher Grundlagenforschung, wie wir sie am Cluster betreiben wollen. In weiterer Folge werden daraus aber hoffentlich viele neue Anwendungsmöglichkeiten entstehen. Was ist der Grund für den neuen Quantenoptimismus? Ferlaino: Wir haben technisch in den vergangenen Jahren einen großen Schritt nach vorne gemacht und hervorragende neue Methoden entwickelt, um Quantensysteme exakt zu kontrollieren. Dadurch können wir jetzt komplexere und ergiebigere Experimen - te durchführen, die neue Einsichten erlauben und uns praktischen Anwendungen einen Schritt näher bringen. Wo werden die Schwerpunkte des Exzellenzclusters liegen? Ferlaino: Es gibt drei große Säulen: Quantengravitation, Quanteninformation und Quantenvielteilchensysteme. Relativitätstheorie Quantengravitation ist seit Einstein eine der großen offenen Fragen der Physik. Sind wir einer Antwort schon näher gekommen? Ferlaino: Forschung an der Schnittstelle von Quantenmechanik und Gravitation kann die Quantennatur der Raumzeit enträtseln. Wir wissen, daß die Quantenmechanik und die Re lativitätstheorie sich irgendwo berühren müssen, aber noch ist unklar, wie und wo ge - nau. Die Quantisierung des Gravitationsfel-
ÖSTERREICH JOURNAL NR. <strong>209</strong> / 21. 12. 2023 Wissenschaft & Technik 153 des war lange Zeit Metaphysik, weil es keine Möglichkeit gab, die Theorien zu prüfen. Mittlerweile sind unsere Methoden aber präzise genug, um diesen Bereich experimentell zu erforschen. Wir können Quantensysteme bauen, die so rein sind, daß wir selbst kleinste Einflüsse durch Gravitationsfelder nachweisen können. Zudem gibt es neue theoretische Ansätze, die unsere Experimente leiten. Was sind die offenen Fragen im Bereich Quanteninformation? Ferlaino: Das Gebiet ist sehr theoriegetrieben und hat einen ganz neuen Blickwinkel auf viele Probleme in der Physik ermöglicht. Im Cluster wollen wir untersuchen, wie verschiedene physikalische Systeme Quanteninformation verarbeiten können und wo die jeweiligen Stärken und Schwächen liegen. Das Ziel ist es, hybride Systeme zu bauen, die die Vorteile verschiedener Plattformen kombinieren können. Zudem gibt es auch im Be reich der Quantenlogik neue Optionen: Wir können Quanteninformation nicht nur mit Qbits verarbeiten, sondern auch mit Qdits, die mehr Freiheitsgrade aufweisen und deshalb eine höhere Informationsdichte erlauben. Die Grundlagen dafür müssen aber noch aus gearbeitet werden. Wechselwirkungen Wenn wir die Grundlagen besser erforschen, können wir Vielteilchensysteme in Zukunft gezielter nutzen. Worum geht es bei der dritten Säule? Ferlaino: Die dritte Säule beschäftigt sich mit Komplexität und der Frage, wie man im Labor Quantensystemen mit vielen Elementen bauen kann. Damit die Quantenphysik ihren Lauf nehmen kann, brauchen wir viele identische kleine Objekte, die wechselwirken können. Solche Systeme können unter anderem auch physikalische Gesetzmäßigkeiten abbilden, die wir dann durch Beobachtungen besser verstehen können. Als Mo - delle kommen hier exotische Aggregatzustände von Materie ins Spiel, zum Beispiel ultrakalte Gase. Viele dieser neuen Phasen sind derzeit noch nicht ausreichend erforscht und oft so komplex, daß Berechnungen uns nicht weiterbringen können. Die Effekte kön - nen wir aber trotzdem schon nutzen: Supraleitung ist ein Phänomen, das auf solchen Phasenübergängen basiert. Wenn wir die Grundlagen besser erforschen, können wir solche Vielteilchensysteme in Zukunft ge - zielter nutzen. n https://iqoqi.at/ Aufwind für Vertrauen in die Wissenschaft ÖAW-Präsident Faßmann: Erfreulicher Aufwärtstrend, auf dem wir uns aber nicht ausruhen sollten. Gute Nachrichten bringt das neue Wissenschaftsbarometer der ÖsterreichilerInnen in der Bevölkerung genießen. Alle misch Unzufriedenen“, die eine grundsätz- wächst auch das Ansehen, das Wissenschaft- senschaftsbarometers untersuchte die „systeschen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). Das Vertrauen in die Wissenschaft legt im Vergleich zum Vorjahr leicht zu. 73 % der Be fragten bewerteten ihr Vertrauen mit „stark“ oder „sehr stark“. Das ist ein Plus von 3 Prozentpunkten gegenüber 2022, als das ÖAW-Wissenschaftsbarometer erstmals erhoben wurde. Besonders stark zugenommen hat bei der Vertrauensfrage die Antwortkategorie „sehr stark“ mit 6 Prozentpunk ten. Auch der Anteil der überzeugten Skep - tikerInnen hat sich von 7% auf 6% leicht verringert. ÖAW-Präsident Heinz Faßmann sagt: „Es ist sehr erfreulich, daß das Vertrauen in die Wissenschaft wieder wächst und wir einen leichten Aufwärtstrend erkennen können. Die Verleihung von zwei Nobelpreisen an österreichische Forscher wird dazu ebenso beigetragen haben wie die Rücknahme aller Corona-Maßnahmen. Immer mehr WissenschaftlerInnen erkennen aber auch, daß sie sich und ihre Arbeit einer breiten Öffentlichkeit erklären müssen. Viele tun das mit Freude und Leidenschaft. Wir dürfen uns aufgrund dieser positiven Nachrichten aber keineswegs ausruhen. Bei einem Viertel der Bevölkerung müssen wir immer noch Überzeugungsarbeit leisten. Darauf werden wir uns künftig noch stärker fokussieren.“ Neben dem Aufwind in der Vertrauensfrage in der Umfrage genannten positiven Ei - genschaften wie „kompetent“, „qualifiziert“ oder „erfahren“ und „verantwortungsvoll“ leg ten im Vergleich zu 2022 zu. Zudem sagen 77 % (plus 7), daß Wissenschaft und Forschung unser Leben verbessern, 80 % (plus 4) unterstützen die staatliche Förderung von Wissenschaft und Forschung und 91 % haben positive oder zumindest neutrale Assoziationen, wenn sie die Begriffe Wissenschaft und Forschung hören. »Gesunder Menschenverstand« weiter hoch im Kurs Im Kampf gegen die Wissenschaftsskepsis bleibt aber weiter viel zu tun. Noch im - mer gibt es hohe Zustimmung zu der Aussage, daß man sich mehr auf den „gesunden Menschenverstand“ als auf wissenschaftliche Studien verlassen soll. 12 % stimmen außerdem „voll und ganz“ der Aussage zu, daß die Wissenschaft mit Politik und Wirtschaft un - ter einer Decke steckt. Mehr Befragte als 2022 halten außerdem den Einfluß von Politik und Wirtschaft auf die Wissenschaft für zu hoch. Unzufriedene vertrauen weniger Doch wer sind jene Menschen, die der Wissenschaft besonders skeptisch gegenüberstehen? Eine Spezialauswertung des Wis - lich ablehnende Haltung gegenüber der Ge - sellschaft haben und auch vom eigenen Leben enttäuscht sind. Diese Gruppe interessiert sich mit einer Zustimmung von 50 % deutlich geringer für Wissenschaft und Forschung als Zufriedene (71 %). Zufriedene ver trauen der Wissenschaft zu 93 %, Unzufriedene nur zu 41 %. Aber: Auch Unzufriedene erwarten zu 78 %, daß sie von Wissenschaftler:innen über ihre Arbeit informiert werden, der Kontakt zu Wissenschaft und Forschung ist noch nicht abgerissen. m Repräsentative Ergebnisse aus 1.500 Be - fragungen österreichweit m Vertrauen in die Wissenschaft leicht auf 73 % gestiegen m Bereits 77% der Menschen sind überzeugt, daß Wissenschaft das Leben verbessert m Nobelpreise tragen zum Ansehen von WissenschaftlerInnen in der Bevölkerung bei m Zustimmung zu staatlicher Unterstützung von Forschung wächst auf 80 % m Jede/r Vierte zieht „gesunden Menschenverstand“ wissenschaftlichen Studien weiterhin vor m Knapp die Hälfte der Bevölkerung sieht zu hohen Einfluß von Politik und Wirtschaft auf die Wissenschaft http://www.oeaw.ac.at/ »Österreich Journal« – https://kiosk.oesterreichjournal.at
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