Die Forschungsgruppe von Prof. Marcus Huber am Atominstitut der TU Wien beschäftigt sich mit grundlegenden Fragen der Quantentheorie und ihrer technologischen Anwendung. Durch die umfassende mathematische Beschreibung komplizierter Quantensysteme sollen ganz neue Quantentechnologien möglich werden – von Quantenkryptographie bis hin zu neuartigen Sensoren und Messgeräten.

Nun konnte Marcus Huber gleich zwei hochdotierte Forschungsförderungen einwerben, mit denen er nun die Forschungsarbeit seines Teams ausbauen wird. Im Rahmen des europäischen „Quantum Technologies Flagship project“ wurde das Projekt ASPECTS gefördert, in dem es um die Verbindung von Thermodynamik und Quantentheorie geht. Im Projekt HYPERSPACE geht es um hochdimensional verschränkte Photonen. Über beide Projekte werden jeweils knapp 300.000 Euro an die TU Wien fließen.

ASPECTS: Der Kampf gegen das Quantenrauschen

Wenn man Quantentheorie für praktische Anwendungen nutzen will, dann muss man zwei recht unterschiedliche physikalische Sichtweisen auf die Welt miteinander verbinden: Die klassische Sichtweise, mit der wir normalerweise unsere gewohnten Alltagsobjekte beschreiben, die sich immer in einem eindeutigen, klar messbaren Zustand befinden – und die Quanten-Sichtweise, in der auch Kombinationen messbarer Zustände erlaubt sind.

Wenn man Quantensysteme immer größer werden lässt, sodass sie technisch leichter nutzbar sind, befindet man sich bald in einem Grenzbereich zwischen Quantenwelt und klassischer Welt. Ein gewisses Rauschen ist unvermeidlich und es stört die Präzision der Quanten-Operationen. Mit Hilfe der Thermodynamik kann man diese unvermeidlichen Probleme beschreiben und im Zaum halten. Die Resultate sollen unter anderem Fortschritte im Bereich von Quanten-Präzisionsmessgeräten ermöglichen.

HYPERSPACE: Der nächste Schritt in der Quantenkommunikation

Dass man Quantenphysik verwenden kann, um Nachrichten zu verschlüsseln, ist schon seit längerer Zeit bekannt: Quantenverschränkte Photonen werden verwendet, um an zwei unterschiedlichen Orten zur selben Zeit einen Verschlüsselungscode zu erzeugen, den garantiert sonst niemand abgefangen haben kann.

Nachdem bewiesen ist, dass diese Methode im Prinzip funktioniert, ist es jetzt allerdings Zeit, sie grundlegend zu verbessern: Das Projekt HYPERSPACE soll klären, wie man hochdimensional verschränkte Photonen in praktischen Anwendungen für Quantenkommunikation verwenden kann. Man entwickelt kompliziertere Quanteninformations-Übertragungsprotokolle als jene, die bisher verwendet worden sind, mehrere Qbits werden gleichzeitig genutzt – dadurch wird die Fehleranfälligkeit kleiner und die Resilienz gegenüber störendem Rauschen größer.