Quantenwissenschaft an der Universität Wien
Physiklabor Boltzmanngasse, Aspelmeyer Gruppe
Foto: Ian Ehm
Weltklasse-Expertise und internationale Zusammenarbeit auf der Grundlage einer reichen, historischen Tradition.
Die Universität Wien beherbergt eine der weltweit führenden Quantenforschungsgruppen, die für ihre Expertise sowohl in der theoretischen als auch in der experimentellen Quantenphysik bekannt ist. Die Gruppe für Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation (QQQ) baut auf einer reichen Tradition der Verbindung von Physik, Philosophie und einem instrumentalistischen Ansatz auf, der eine entscheidende Rolle bei der Etablierung der fruchtbaren Bereiche der Quantenfundamente und der Quanteninformationswissenschaft spielte.
Die Quantengruppe hat bahnbrechende Experimente durchgeführt, darunter die Quantenteleportation über große Entfernungen, die ersten Demonstrationen von photonischen Clusterzuständen und blindem Quantencomputing, die Kühlung von nanomechanischen Spiegeln und die Interferenz mit makroskopischen Molekülen. Die prestigeträchtigste Anerkennung für die Gruppe war der Nobelpreis für Physik im Jahr 2022, der Anton Zeilinger für seine bahnbrechenden Beiträge auf dem Gebiet der Quantenwissenschaft und -technologie verliehen wurde.
Heute umfasst die Gruppe ein breites Spektrum an Forschung in den Bereichen theoretische und experimentelle Quantengrundlagen, Gravitationsquantenphysik, Quantencomputer, Kommunikation, Simulationen, Sensorik und maschinelles Quantenlernen. Mit mehr als 170 Mitarbeitern widmet sich das Team der Förderung der grundlegenden Quantenwissenschaft und ihrer Überschneidung mit anderen physikalischen Theorien. In mehr als 18 Hightech-Labors ebnen Wissenschaftler mit unterschiedlichem Fachwissen den Weg für die zweite Quantenrevolution.
Die Forschung baut auf einer langjährigen Tradition und Exzellenz auf, die vor drei Jahrzehnten mit Zeilingers bahnbrechenden Experimenten begann, neben der theoretischen Arbeit unter der Leitung von Reinhold Bertlmann. Aufbauend auf diesen Errungenschaften hat die zweite Generation, darunter Časlav Brukner, Markus Arndt, Markus Aspelmeyer und Philip Walther, eine Forschungsgruppe aufgebaut, die heute zu den weltweit führenden Zentren für photonisches Quantencomputing, molekulare Quantenoptik, Nanomechanik und Gravitationsquantenphysik gehört.
Physiklabor Boltzmanngasse, Aspelmeyer Gruppe
Foto: Ian Ehm
Die dritte Generation - vertreten durch die fünf neuen Professoren Norbert Schuch, Beatrix Hiesmayr, Nikolai Kiesel, Thomas Juffmann, Andreas Nunnenkamp und Borivoje Dakić - bringt ein neues Maß an Vielfalt in die Quantenwissenschaft, indem sie die Quantenvielkörperphysik, die Quantenthermodynamik und Levitation, die theoretischen Quantengrundlagen, die Quanteninformationstheorie und die Quantensensorik voranbringt.
"Die Vielfalt der Themen und die Exzellenz der Forschung, die starke Synergie zwischen Theorie und Experiment und die Ausbildung neuer Generationen gehören zu den wichtigsten Erfolgsfaktoren", sagt Borivoje Dakić, Vize-Sprecher der Quantengruppe.
Weltklasse-Training und Kooperationen
Ein klares Maß für den Erfolg der Gruppe sind die zahlreichen Veröffentlichungen in renommierten Fachzeitschriften wie Wissenschaft, Nature Portfolio, und Physical Review Letterssowie die prestigeträchtigen Preise und Auszeichnungen, die vom Nobelpreis bis zu ERC-Stipendien reichen, sowie den Wittgenstein-Preis und die START-Preise des Österreichischen Wissenschaftsfonds. Die Gruppe trägt aktiv zur breiteren wissenschaftlichen Gemeinschaft bei, indem sie große internationale Konferenzen und Sommerschulen (mit)organisiert. Darüber hinaus besteht eine der Hauptaufgaben der Gruppe darin, die nächste Generation von international wettbewerbsfähigen Studenten auszubilden. Ihre Nachwuchsforschungsgemeinschaft ist eingebettet in die Wiener Doktorandenschule für Physik und dem Wiener Zentrum für Quantenwissenschaft und -technologie (VCQ) eingebettet und vereint Doktoranden aus 40 Ländern auf vier Kontinenten.
Ein Schlüsselfaktor für den Erfolg der Quantengruppe ist ihr starkes Netzwerk an institutionenübergreifenden Kooperationen. Die Gruppe ist in den nationalen Exzellenzcluster Quantum Science Austria (quantA) und das Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) eingebettet und spielt eine wichtige Rolle im SFB BeyondC-Konsortium, das sich darauf konzentriert, Berechnungen jenseits der klassischen Grenzen voranzutreiben. Darüber hinaus unterhält die Gruppe eine enge Zusammenarbeit mit dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation Wien (IQOQI-Vienna) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), einschließlich Partnerschaften im Rahmen des Forschungsnetzwerk Quantenaspekte der Raumzeit (TURIS).
Physiklabor Boltzmanngasse, Aspelmeyer Gruppe
Foto: Ian Ehm
Eine führende Rolle beim Quantentechnologietransfer
Über die Grundlagenforschung hinaus gewinnt das kommerzielle Potenzial der Quantenwissenschaft weltweit zunehmend an Aufmerksamkeit. Der Übergang vom Labor zum Markt ist entscheidend für die Stärkung der Innovationskraft und des wirtschaftlichen Einflusses Österreichs durch Patente, Spin-offs und Industriekooperationen.
In diesem Zusammenhang hat sich Wien zu einem Zentrum für Quantenlichttechnologien entwickelt, das auf seiner langjährigen Expertise in der Quantenoptik aufbaut. Zu den erfolgreichen Ausgründungen gehören QUBO Technology, VitreaLab, NDx Bio GmbH und Crystalline Mirror Solutions, das später von Thorlabs übernommen wurde. Das Christian Doppler Labor für Photonische Quantencomputer hat sich zum Ziel gesetzt, die photonische Quantenberechnung von kleinen, prinzipiellen Demonstrationen in einen Bereich zu überführen, in dem eine groß angelegte, universelle Quantenberechnung möglich wird. Diese Unternehmen und Institutionen sind ein Beispiel dafür, wie Spitzenforschung in marktreife Technologien umgesetzt werden kann.
Die Universität Wien hat in Zusammenarbeit mit VCQ und quantA eine führende Rolle bei der Koordinierung von Technologietransfer-Initiativen übernommen. Dazu gehört das Quantum Innovation Lab, ein Entrepreneurship-Programm, das Forscher aller Karrierestufen durch den Prozess der Gründung eines Startups führt und sie mit wichtigen Fähigkeiten, Mentoren und Industriekontakten ausstattet. Darüber hinaus hilft das "Entrepreneur-in-Residence-Programm" am VCQ Forschern, vielversprechende Geschäftsideen zu identifizieren und gleichzeitig wertvolle Verbindungen zu Investoren und Industriepartnern herzustellen. Im Jahr 2025 wird die Quantenforschungsgruppe einen Vertreter von Wolfram Research als Teil des Programms aufnehmen.
Brücken bauen durch transatlantische Zusammenarbeit
Die Quantenwissenschaftler der Universität Wien und der US-Universitäten können auf eine lange Geschichte der engen akademischen Zusammenarbeit zurückblicken. Zahlreiche Gastvorlesungen, Besucherprogramme, eingeladene Vorträge bei Konferenzen und Seminaren zeugen von der anhaltenden Partnerschaft. Viele Absolventen der Universität Wien arbeiten heute als Professoren und ständige Forscher an US-Hochschulen oder in IT- und High-Tech-Unternehmen.
Die Vienna Doctoral School in Physics fördert ein wissenschaftliches Umfeld von Weltrang, in dem sich 200 hochbegabte Doktoranden der Physik zu kreativen, kritischen und selbstmotivierten Forschern entwickeln. Um die Doktoranden mit international führenden Wissenschaftlern in Kontakt zu bringen, bietet die Doktorandenschule Möglichkeiten für Forschungsaufenthalte an hochrangigen Universitäten, z.B. an der Stanford University, der Harvard University, dem MIT, der University of California in Berkeley und der Columbia University. Diese Aufenthalte fördern nicht nur die persönliche und berufliche Entwicklung, sondern führen häufig auch zu gemeinsamen Veröffentlichungen oder zu Stellen für Postdoktoranden.
Der prestigeträchtige ERC Synergy Grant GRAVITES, ein Forschungskonsortium mit Sitz in Europa und den USA, wird es der wissenschaftlichen Gemeinschaft ermöglichen, eine neue Physik zu erforschen, die die gravitativen Eigenschaften der Quantenüberlagerung und Quantenverschränkung bestimmt. Die Experimente werden von den Teams von Philip Walther von der Universität Wien, dessen Expertise in der Quantenkontrolle von verschränkten Photonen liegt, und Nergis Mavalvala vom MIT und dem Laser Interferometer Gravitationswellen-Observatorium (LIGO), einem Experten für Präzisionsinterferometrie. Unterstützt wird diese Vision von Forschern auf dem Gebiet der allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenfeldtheorie der Polnischen Akademie der Wissenschaften und der LMU München.
Walther Gruppe Laser, UNIVIE
Foto: Valeria Saggio
Aufrichtig neugierig. Seit 1365.
Die Universität Wien ist eine der ältesten und größten Universitäten in Europa. Rund 7.500 akademische Mitarbeiter arbeiten an 20 Fakultäten und Forschungszentren an Lösungen für die Herausforderungen von heute. ~ 9.000 Studenten schließen jedes Jahr eines der 187 Studienprogramme der Universität Wien ab.
Semesterfrage: Wie verändert die Quantenforschung unsere Realität?? Jedes Semester stellt die Universität Wien eine "große Frage", die von besonderer Bedeutung für Wissenschaft und Gesellschaft ist. In diesem Semester werden unsere Experten erklären, wie die Quantenphysik unser Weltbild verändert.
