Quantum Science Austria - Bringt die Quantengemeinschaft in Österreich zusammen

*Karte von Österreich mit den Standorten der Institutionen, aus denen sich quantA zusammensetzt*

Ein wichtiger Schritt, um Österreichs Quanten-Ökosystem zu konsolidieren und in die Zukunft zu führen, ist der Exzellenzcluster "Quantum Science Austria"(quantA), der vom Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) finanziert wird. Er wird im Jahr 2023 gegründet und soll Österreichs Position als führende Nation in der Quantenforschung und -innovation stärken. Mit einem Zuschuss von 21 Millionen Euro und 14 Millionen Euro von den teilnehmenden Institutionen für die ersten fünf Jahre, bringt quantA Forscher aus ganz Österreich zusammen. Die Universität Innsbruck, die Universität Wien, die Technische Universität Wien, die Johannes Kepler Universität Linz, das Institute of Science and Technology Austria und die Österreichische Akademie der Wissenschaften arbeiten gemeinsam an der Grundlagenforschung in der Quantenwissenschaft.

Drei Hauptforschungsbereiche

Die in Österreich vorhandene einzigartige Expertise ist die Grundlage für die Erforschung herausragender grundlegender Fragen in den drei Forschungsbereichen: Quantum Nature of Space, Time, and Gravity (STG), New Paradigms for Quantum Information Science (QIS) und Physics of Engineered Quantum Many-Body Systems (MBS). Diese Bereiche sind eng miteinander verknüpft: So können beispielsweise Vielteilchenkorrelationen die Messmöglichkeiten wie die Empfindlichkeit gegenüber Gravitationseffekten erheblich verbessern, während der Quanteninformationsansatz zum Verständnis von Vielteilchensystemen zu neuen Erkenntnissen über die Entstehung physikalischer Theorien auf verschiedenen Skalen führen und die praktische Entwicklung komplexer Quantengeräte erleichtern wird.

Schrödingers Katze.
*Foto: Harald Ritsch/UIBK*

"Alle drei Forschungsbereiche haben interessante und wichtige offene Fragen, die quantA in den Mittelpunkt seines langfristigen Forschungsprogramms stellt", betont quantA-Forschungsdirektor Gregor Weihs. "Sie sind vielversprechend, denn die jüngsten technischen Entwicklungen werden in naher Zukunft erhebliche Fortschritte und möglicherweise echte Durchbrüche ermöglichen." In Bezug auf STG möchte quantA die wichtige Beziehung zwischen der Quantenphysik und dem Gefüge der Raumzeit erhellen. Im Bereich QIS nutzt es Quanteninformationskonzepte, um drei der größten Herausforderungen zu bewältigen: die optimale Nutzung von Quanten- und klassischen Ressourcen, ihre gegenseitige Befruchtung in hybriden Systemen und die effiziente klassische Beschreibung und Simulation von mehrteiligen Quantensystemen. Im Bereich MBS schließlich wird die Verfügbarkeit noch nie dagewesener Quantensimulatoren es ermöglichen, ehrgeizige Fragen wie die Universalität in der Nicht-Gleichgewichtsphysik und emergente Vielkörperphänomene anzugehen.

Kernprojekte, Stipendien und Entdeckungsprojekte, um junge Talente aus aller Welt anzuziehen

Die wichtigsten Programme und Initiativen zur Verwirklichung dieser ehrgeizigen Forschungsbereiche sind die interinstitutionellen Kernprojekte. "Kernprojekte sind kollaborative Forschungsprojekte, die auf eine Reihe innovativer Ziele in Übereinstimmung mit den Forschungsfragen eines oder mehrerer der drei Forschungsbereiche hinarbeiten", erklärt Weihs. "Charakteristisch für Kernprojekte ist, dass sie Synergien und wesentliche Beiträge von mehr als einer Gruppe benötigen, um durchgeführt zu werden. Daher sind diese Projekte von Zusammenarbeit, effizienter Nutzung von Geräten, Informationsaustausch und Kooperation geprägt." Seit Herbst 2023 wurden 18 Kernprojekte ins Leben gerufen, an denen 40 Hauptforscher, 40 Doktoranden und 15 Postdoc-Stellen an allen sechs Institutionen beteiligt sind.

Das quantA Fellowship-Programm hingegen hat das primäre Ziel, die Karrieren junger Forscher zu fördern. Gleichzeitig bringen die Fellows externes Wissen und Erfahrung ein und tragen so auf innovative Weise zum Forschungsprogramm des Clusters bei. Daher sucht quantA nach den kreativsten Köpfen, deren Ideen in den Rahmen des Forschungsprogramms passen und sich mit mindestens einem der drei Forschungsbereiche überschneiden. "Dieses Programm richtet sich insbesondere an internationale Bewerber, die Teil des österreichischen Quanten-Hubs werden und mit einer oder mehreren der 68 Forschungsgruppen zusammenarbeiten möchten", erklärt Gregor Weihs.

"Discovery Projects hingegen sind kleine, kurzfristige Projekte im Bereich der Quantenwissenschaft, die versuchen, die durch konventionelles Denken errichteten Barrieren zu durchbrechen", betont Weihs: "Da unkonventionelle Ziele und Ansätze oft von jüngeren Wissenschaftlern stammen, ist dieses Programm auch für sie reserviert." Discovery Projects versuchen, ein kurzfristiges Forschungsziel mit unkonventionellen Mitteln zu erreichen, eine Forschungsfrage abseits ausgetretener Pfade zu klären oder eine neue Methode für ein längerfristiges Ziel zu entwickeln. Das Projekt muss sich in das Rahmenforschungsprogramm einfügen und zu den wissenschaftlichen Zielen der quantA beitragen. Fast 50 eingegangene Anträge für die erste Ausschreibung zeigen das große Potenzial für solche Projekte. Zwölf solcher Projekte werden in den nächsten zwei Jahren an allen sechs Institutionen durchgeführt.

Ausbildung der neuen Generation von Forschern

Neben dem Schwerpunkt auf der Forschung legt der Cluster auch großen Wert auf die Schaffung eines attraktiven und innovativen Ausbildungsumfelds für junge Forscher. "Das Ziel der Ausbildungsabteilung innerhalb des Clusters ist es, eine breit gefächerte Ausbildung in der Quantenwissenschaft auf allen Ebenen anzubieten, von Bachelor- über Master- bis hin zu PhD-Programmen, und auch Postdocs und Nachwuchsgruppenleiter auszubilden", erklärt der Ausbildungsleiter des Clusters, Jörg Schmiedmayer. "Die Ausbildung wird sich nicht auf akademische Tätigkeiten beschränken: Die Wertschöpfungskette von der Wissenschaft über die Technologie bis hin zum geschäftlichen und kommerziellen Erfolg wird von talentierten Menschen angetrieben. Sie zu finden, sie auszubilden und ihnen die Möglichkeit und den Raum zu geben, sich zu entwickeln und zu wachsen, ist das zentrale Ziel des Ausbildungsprogramms der quantA." Dazu gehören die Modernisierung der Lehrpläne, die Entwicklung innovativer Lehrmittel, die Förderung des kollaborativen Lernens, die Sicherstellung der institutsübergreifenden Zugänglichkeit, die Hilfe bei der Karriereplanung und das Angebot eines Unterstützungsnetzwerks für die Doktoranden, mit besonderem Augenmerk auf die psychische Gesundheit und das Wohlbefinden. "Um sie auf ein sich schnell veränderndes Arbeitsumfeld vorzubereiten, ist es außerdem wichtig, dass Studenten und Postdocs starke übertragbare Fähigkeiten erwerben, darunter Wissenschaftskommunikation, Schreiben für die Wissenschaft und die Öffentlichkeit, Präsentationen für verschiedene Zielgruppen und alle Aspekte des Schreibens und Managements von Projekten und Fördermitteln", ist Schmiedmayer überzeugt. Anstelle der traditionellen Lehre möchte die quantA eine lebendige Gemeinschaft unter ihren jungen Forschern aufbauen, die sich weitgehend selbst verwalten soll. Dies beginnt damit, junge, vielfältige Talente auf nationaler und internationaler Ebene anzuziehen und die jungen Forscher in die Lage zu versetzen, ihren eigenen Karriereweg einzuschlagen und dabei die Unterstützung zu erhalten, die sie selbst für notwendig erachten.

Wissenschaft an die Öffentlichkeit vermitteln

Angesichts der potenziell enormen technologischen und gesellschaftlichen Auswirkungen der Quantenwissenschaft und -technologie strebt quantA danach, weit über die übliche Verbreitung von Wissenschaft zu Wissenschaft hinauszugehen und möchte sicherstellen, dass Interessengruppen in Sektoren wie Industrie, Non-Profit-Organisationen oder Regierung sowie die allgemeine Öffentlichkeit über die Entwicklungen in der Quantenwissenschaft informiert werden. Die Kommunikationsabteilung des Clusters hat die Aufgabe, das Bewusstsein für die Wissenschaft zu schärfen und Wissen in die Industrie und die Gesellschaft zu transferieren. Richard Küng, der Kommunikationsdirektor von quantA, erklärt diesen Schwerpunkt auf die Öffentlichkeitsarbeit: "Abgesehen davon, dass wir der Gesellschaft etwas zurückgeben, ist die wissenschaftliche Öffentlichkeitsarbeit von entscheidender Bedeutung, um junge Menschen für Bereiche zu gewinnen, die für die Zukunft wichtig sind, und sie hilft, Fake News und Skepsis gegenüber der Wissenschaft entgegenzuwirken. Einerseits wird die Quantenwissenschaft weithin als faszinierend angesehen und weckt das Interesse neugieriger Schüler bereits in der Mittel- und Oberstufe. Andererseits gilt sie als hochkomplexes Thema, das selbst für viele Wissenschaftler aus benachbarten Bereichen schwer zu verstehen ist. Hinzu kommt, dass die Relevanz der Quantenwissenschaft und -technologie für das tägliche Leben und das Potenzial für neue Anwendungen die Öffentlichkeit erst allmählich erreicht." quantA bemüht sich, die Öffentlichkeit über verschiedene Kanäle zu sensibilisieren: Website, Kampagnen in den sozialen Medien, Podcasts, Veranstaltungen, Engagement in Schulen usw. Bei der Verwirklichung ihrer gesellschaftlichen Ziele möchte quantA jungen Frauen weibliche Vorbilder bieten und andere unterrepräsentierte Gruppen stärken. Über das hinausgehend, was gemeinhin als "verantwortungsvolle Wissenschaft" bezeichnet wird, versucht quantA, eine Kultur des ständigen Austauschs zwischen Wissenschaftlern und der Öffentlichkeit zu fördern. Sie wird alle Generationen ansprechen, um die Quantenwissenschaft und -technologie zu entmystifizieren, damit sie der Gesellschaft am besten zugute kommt.

Insgesamt ist quantA bestrebt, nicht nur die Gemeinschaft der Quantenwissenschaftler zu unterstützen und weiterzuentwickeln, sondern auch Österreichs "Drehscheibe für alles, was mit Quanten zu tun hat" zu werden, indem es Wissenschaft, Industrie, politische Entscheidungsträger und andere Interessengruppen zusammenbringt und somit eine wichtige Rolle in Österreichs Quantenlandschaft spielt.