Vorträge

Quantentechnologie verspricht bahnbrechende Fortschritte in Kommunikation, Computertechnik und Sensorik. Doch was steckt hinter Quantencomputern, Quantenkryptographie und verschränkten Teilchen? Wir werden uns ansehen, welche Phänomene der Quantenwelt es erlauben, die Grenzen dessen, was Computer berechnen können, grundlegend zu verschieben und Daten auf völlig neue Weise sicher zu verschlüsseln. Nach 100 Jahren Forschung stehen wir an der Schwelle zu einer Quantenrevolution, die in zunehmendem Maße auch unsere Gesellschaft erreicht. Moderne Technologien erlauben es uns heute die Quanteneigenschaften einzelner Photonen, Atome oder supraleitender Schaltkreise so gut zu kontrollieren, dass wir Informationen in Quantencomputern auf neue Weise verarbeiten können und zukünftig sogar in einem Quanteninternet vernetzen wollen. Wir werfen einen Blick auf heutige Quantenprozessoren und entstehende Quantennetzwerk-Verbindungen, die spannende Möglichkeiten für Wissenschaft und Technologie eröffnen.

Die Galaxien in unserem Universum sind nicht beliebig verteilt, sondern bilden eine charakteristische großräumige Struktur: ein kosmisches Netz aus Knoten und Leerräumen, in dem Galaxienhaufen durch filamentartige Galaxienansammlungen miteinander verbunden sind. In diesem Vortrag werde ich schildern, wie sich diese Struktur des heutigen Kosmos auf quantenmechanische Prozesse im frühen Universum zurückführen lässt, insbesondere auf Quantenfluktuationen während der Phase der sogenannten kosmischen Inflation in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall. Wie ich im Weiteren ausführen werde, ergeben sich aus dieser erstaunlichen Erkenntnis konkrete kosmologische Vorhersagen, die sich mittels Beobachtungen der kosmischen Hintergrundstrahlung überprüfen lassen. Zudem ist die Phase der kosmischen Inflation dazu im Stande, neben den Samenkörnern für die kosmische Strukturbildung ein weiteres Quantenrelikt hervorzubringen: ein Gravitationswellenecho des Urknalls. Aktuelle Suchen nach Gravitationswellen sind diesem Signal auf der Spur und stehen womöglich kurz davor, dem Urknall weitere Quantengeheimnisse zu entlocken.

Der geografische Südpol befindet sich in einer der extremsten Landschaften unseres Planeten, umgeben nur von Eis, so weit das Auge reicht. Nicht einmal Pinguine wagen sich hierher. Wenn im März die Sonne für ein halbes Jahr untergeht, herrschen Temperaturen von bis zu -80° C. Über acht lange Monate ist die dortige Amundsen-Scott Südpolstation von der Außenwelt isoliert, und mit ihr eine kleine Crew von "Winterovers". Doch die Überwinterer halten der extremen Kälte, der Dunkelheit und der Abgeschiedenheit stand, durch die besondere Gemeinschaft und nicht zuletzt wegen der faszinierenden Wissenschaft, die hier betrieben wird: Der Südpol ist unter anderem Heimat des IceCube Neutrino Observatoriums, welches die Herkunft hochenergetischer kosmischer Teilchen, und mit ihnen die Geschichte unseres Universums, erforscht. Dr. Raffaela Busse lebte und arbeitete über ein Jahr lang für IceCube am Südpol und gibt einen Einblick in eine Welt, die nur die wenigsten von uns je zu Gesicht bekommen werden.

icecube.wisc.edu

Physicists had a major share to build nuclear weapons and tried to prevent their use in the aftermath of World War II during the Cold War and beyond. They worked as advisors, diplomats and advocates for governments, the civil society and the international community. Key is to apply social responsibility for the consequences of their work. The new generation of physicist has to be prepared to understand the past being prepared to work further for finishing the business to get rid of nuclear weapons, before they get rid of us.

The Pugwash Conferences for Science and World Affairs were founded as a consequence of the Russell-Einstein Manifesto of 1955, which urged leaders of the world to gather and to ”think in a new way”: to renounce nuclear weapons, to ”remember their humanity” and to find peaceful means for the settlement of all matters of dispute between them.

Under the currently increasing geopolitical tensions, the original Russell-Einstein Manifesto’s call is as relevant today as it was in the 1950’s. Scientists have an important role in analyzing technical aspects in disarmament and arms control, verification, safeguards, dismantlement of nuclear weapons and ways to rid the world of these weapons of mass destruction.

In summary, the talk will emphasize the fundamental role scientists in past and present to play in building peace and understanding in a complex and fragmented world.

Götz Neuneck, Chair of the Pugwash Council and Chair of the Federation of German Scientists

Als Louis de Broglie im Jahr 1923 publizierte, dass jeder massive Gegenstand mit einer Welle assoziiert sei, war dies eine kühne Idee, die als Quantentheorie in heutiger Form 1925-1927 durch u.a. Heisenberg, Schrödinger und Dirac formalisiert wurde. Dies wurde die Grundlage für ein ganzes Jahrhundert voller verblüffender Entdeckungen und philosophischer Rätsel.

In der Quantentheorie können Objekte Eigenschaften haben und Regeln folgen, die unserer Alltagserfahrung und Logik zu widersprechen scheinen. Und dennoch hat die Quantenphysik schon seit einem Jahrhundert innovative Technologien hervorgebracht.
Wir werden uns hier vor allem auf die Quantenwellennatur der Materie konzentrieren. Wir werden uns fragen, was ‚Realität‘ bedeutet, wenn Objekte, die wir im Mikroskop individuell sehen können, sich im Experimente delokalisieren und scheinbar Information von Orten sammeln können, die sie nach unserem Alltagsverständnis nie haben dürften.
Wir werden uns fragen, wie wir im Labor nach möglichen Grenzen der Quantentheorie und nach der Bedeutung von Wirklichkeit suchen können, und wie aus der Beantwortung dieser Fragen neue Quantenmessinstrumente hervorgehen.

Markus Arndt ist Professor für Quantennanophysik an der Universität Wien. Er wurde bekannt für seine Interferenzexperimente mit Makromolekülen wie etwa Fullerenen, durch die er die Welleneigenschaften von Makromolekülen nachweisen konnte. Die fundamentale Frage nach der Grenze, bis zu der Quanteneffekte eine Rolle spielen, bekommen durch seine fundamentalen Arbeiten eine neue Perspektive. Markus Arndt ist Mitglied der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und hat zahlreiche Preise für seine Arbeiten bekommen, unter anderen der Robert-Wichard-Pohl-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, sowie der Erwin Schrödinger-Preis der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.

quantumnano.at