Nobelpreis für Quantenphysiker: Pioniere einer neuen Computerrevolution

Den Nobelpreis für Physik erhalten in diesem Jahr der Franzose Serge Haroche und der Amerikaner David Wineland. Sie werden für ihre Arbeit auf dem Gebiet der Quantenphysik geehrt, die unter anderem die Entwicklung von extrem schnellen Quantencomputern vorantrieb.

Der Nobelpreis für Physik geht in diesem Jahr an Serge Haroche (Frankreich) und David Wineland (USA). Die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm würdigte die beiden Forscher am Dienstag für ihre " bahnbrechenden experimentellen Methoden" in der Quantenphysik.

"Sie haben die Tür zu einer neuen Ära von Experimenten innerhalb der Quantenphysik geöffnet. Sie konnten zeigen, dass die direkte Beobachtung individueller Quantenteilchen möglich ist, ohne sie zu zerstören", schrieb das Nobelkomitee. Unabhängig voneinander entwickelten die Wissenschaftler Methoden, mit denen diese Teilchen nicht nur gemessen, sondern auch beeinflusst werden können - während ihre quantenmechanischen Eigenschaften erhalten bleiben. Und zwar "auf Wegen, die zuvor für nicht möglich gehalten wurden", so das Komitee.

Für einzelne Licht- oder Materieteilchen gelten die Gesetze der klassischen Physik nicht - hier wird die Grenze zur Quantenphysik überschritten. Solche Teilchen lassen sich jedoch nicht leicht isolieren und verlieren ihre geheimnisvollen Quanteneigenschaften, sobald sie etwa durch eine Beobachtung von außen beeinflusst werden. Deshalb konnten viele Phänomene, die durch Quantenphysiker vorhergesagt wurden, nicht direkt beobachtet werden.

Durch ihre Laborarbeit gelang es den Teams um Haroche und Wineland, diese sehr fragilen Quantenzustände zu messen und sogar zu kontrollieren. Nun konnten die Forscher Teilchen untersuchen, zählen und sogar beeinflussen.

Im Labor von Wineland fingen die Wissenschaftler elektrisch geladene Atome - Ionen - mit Hilfe von elektromagnetischen Wechselfeldern ein. Solche Ionen können unterschiedliche Energiezustände einnehmen. Mittels Laserstrahlen versetzten die Physiker die Ionen dort in den niedrigsten möglichen Energiezustand - sie froren die Teilchen gewissermaßen ein. Ebenfalls mit Lasern konnten sie die Ionen dann "halb in Richtung des nächst höheren Energielevels stupsen, so dass es zwischen den beiden Zuständen zurückbleibt - in einer Überlagerung ( Superposition) von Energiezuständen", schreibt die Nobelstiftung.

Haroche und sein Team konstruierten dagegen eine " Lichtfalle". Sie bestand aus zwei Spiegeln, zwischen denen die Lichtteilchen (Photonen) hin- und herrasten. Innerhalb einer Zehntelsekunde legten sie dabei 40.000 Kilometer zurück.

Gleichzeitig schickten die Forscher einzelne Rydberg-Atome in die Falle - Teilchen, die etwa tausendmal größer sind als gewöhnliche Atome. Während die Photonen mit diesen Atomen in Wechselwirkung traten, veränderten sie deren Quantenzustand. Dieser Zustand lässt sich als Welle vorstellen, deren Höhen und Täler sich verschieben. Und diese Phasenveränderung lässt sich messen.

Die Forscher konnten so im Rückschluss die Anwesenheit einzelner Photone überprüfen - ohne dass diese dabei zerstört wurden. Zudem war es ihnen möglich, die Photonen in ihrer "Falle" zu zählen.

Ihre Forschung ermöglichte die ersten Schritte in Richtung eines Quantencomputers, eines superschnellen Rechners. Möglicherweise wird diese Form von Computer das alltägliche Leben in diesem Jahrhundert ebenso radikal verändern wie die Entwicklung des klassischen Rechners im vergangenen Jahrhundert, so das Komitee. Noch sind jedoch keine leistungsstarken Rechner dieser Art gebaut worden.

Ihre Forschung führte zugleich zur Konstruktion von extrem präzisen Uhren, die zukünftig neue Standards in der Zeitmessung setzen könnten, da sie etwa einhundert Mal präziser sind als die heute genutzten Uhren.

Wineland wurde 1944 geboren und promovierte 1970 an der Harvard University. Momentan forscht er am National Institute of Standards and Technology (NIST) und der University of Colorado in Boulder. Er ist für die Entwicklung von Quantencomputern bekannt.

Der im gleichen Jahr wie Wineland geborene Haroche studierte und promovierte in Paris. Er war unter anderem Gastprofessor an den renommierten Universitäten in Yale, Harvard und Stanford sowie am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Derzeit arbeitet er an der École normale supérieure (ENS) in Paris. Er betreibt Grundlagenforschung in der Quantenphysik.

In einer ersten Stellungnahme bezeichnete sich Haroche als "sehr glücklich" - auch darüber, dass er sich den Preis mit dem amerikanischen Kollegen teilen wird.

Am Montag hatten der Brite John Gurdon und der Japaner Shinya Yamanaka den Medizin-Nobelpreis für ihre Arbeiten auf dem Gebiet der Stammzellforschung erhalten. Beiden ist es geglückt, Zellen zu verjüngen. In Zukunft könnte aus solcherart Zellen Ersatz für krankes Gewebe geschaffen werden. Am Mittwoch werden die Träger des Chemie-Nobelpreises bekanntgegeben.

Der berühmteste Wissenschaftspreis ist in diesem Jahr mit umgerechnet rund 930.000 Euro je Sparte dotiert. Damit liegt die Summe ein Fünftel niedriger als im Vorjahr. Die Nobelstiftung begründete die Kürzung mit der aktuellen Wirtschaftskrise. Die Nobelpreise werden traditionell am 10. Dezember überreicht, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel (1833-1896).