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Quantentechnologien: Große Erfolge mit kleinen Teilchen

Was man vor Jahrzehnten noch für exotische Grundlagenforschung hielt, bestimmt heute die Technologie des Alltags. Quanteneffekte werden an der TU Wien nutzbar gemacht.

Kleine Teilchen mit großer Bedeutung für unsere Technologie

Quantenteilchen

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Kleine Teilchen mit großer Bedeutung für unsere Technologie

Projektvolumen

Anzahl der Projekte im Forschungsbereich"Quantum Physics and Quantum Technologies"

Anzahl der wissenschaftlichen Publikationen

„Quantum Physics and Quantum Technologies” ist einer der fünf Forschungsschwerpunkte der TU Wien. Wer glaubt, dass sich dieser Forschungsbereich auf die Fakultät für Physik beschränkt, der irrt: Es handelt sich um einen vielfältigen, interdisziplinären Forschungsschwerpunkt - Quanteneffekte spielen etwa in der Elektrotechnik oder in der Chemie eine genauso zentrale Rolle wie in der Physik.

Grundlagen und Anwendung

Der Forschungsschwerpunkt wird in sechs Forschungsfelder eingeteilt: Im Forschungsfeld „Photonics“ geht es um Licht und seine Wechselwirkung mit Materie, im Bereich „Quantum Metrology and Precision Measurements“ werden die Eigenschaften der Quantentheorie eingesetzt, um extrem präzise Messungen zu ermöglichen. Bei „Quantum Modeling and Simulation“ werden extrem leistungsfähige Computer genutzt, um Quanteneffekte numerisch zu simulieren – in diesem Bereich spielt auch der interuniversitäre Großrechner VSC (Vienna Scientific Cluster), der von der TU Wien betrieben wird, eine entscheidende Rolle. Das Forschungsfeld „Nanoelectronics“ reicht von der Simulation bis zur Herstellung und Nutzung neuartiger elektronischer Bauteile. Ein weiteres Forschungsfeld beschäftigt sich mit „Design and Engineering of Quantum Systems“. Das letzte Forschungsfeld setzt sich mit „Quantum Manybody Systems Physics“ auseinander. Die Beschreibung komplizierter Quantensysteme, die aus einer größeren Anzahl von Teilchen bestehen, stellt die Wissenschaft immer noch vor gewaltige Herausforderungen. Präzise berechnen lassen sich heute nur Aufgaben, bei denen bloß eine kleine Zahl von Quantenteilchen eine Rolle spielt.

Prestigeträchtige Auszeichnungen

Dass die TU Wien im Bereich der Quantentechnologien wissenschaftlich höchst erfolgreich ist, zeigt sich nicht nur in der Zahl der Publikationen, sondern auch an wichtigen Auszeichnungen – etwa an ERC Grants oder START-Preisen und hochdotierten SFB-Projekten, die vom Wissenschaftsfonds FWF vergeben werden.

Das über die Jahre stärkste Forschungsfeld innerhalb des Schwerpunkts ist das Forschungsfeld „Photonics“: In den Jahren 2016 bis 2018 fielen 37% des im Forschungsschwerpunkt eingeworbenen Drittmittelvolumens in dieses Forschungsfeld. Ausgezeichnete Forschungserfolge gab es bei der Entwicklung neuartiger Lichtquellen – etwa spezieller Laser, die Licht mit bisher unerreichten Eigenschaften aussenden. Auch bei der Beantwortung grundlegender Forschungsfragen über die Wechselwirkung von Licht und Materie spielt die Photonik eine Schlüsselrolle: Mit neuentwickelten Lasermethoden kann man Effekte auf extrem kurzen Zeitskalen beobachten, die sich sonst nicht messen lassen.

Eine große Bedeutung für diese Forschungsrichtung hat auch das Zentrum für Mikro- und Nanostrukturen (ZMNS), das 2018 in völlig neu errichtete, mit hochmodernen Geräten ausgestattete Laborräumlichkeiten einzog.

Entwicklung der Projekte und Publikationen

Insgesamt ist im Forschungsschwerpunkt „Quantum Physics and Quantum Technologies” ein Trend zu größeren Projekten zu beobachten: Die Anzahl der Forschungsprojekte nimmt ab, das Gesamtvolumen an Drittmittelförderungen bleibt hoch. Ein kontinuierlicher Anstieg des Projektvolumens zeigt sich vor allem im Forschungsfeld „Quantum Manybody Systems Physics“ – nicht zuletzt aufgrund der steigenden Leistungsfähigkeit von Supercomputern – auch wenn das Forschungsfeld „Photonics“ innerhalb des Forschungsschwerpunktes  sehr präsent ist. Bei den Publikationen dominiert das Forschungsfeld „Quantum Modeling and Simulation“, da die Thematik des Forschungsfeldes in sehr vielen Bereichen verankert ist.

Weitere Teile der Webnewsserie zu den Forschungsschwerpunkten der TU Wien:

Resümeé und Ausblick

Materials and Matter

Energy and Environment