erc = science² - Europäische Spitzenforschung am KIT (Donnerstag, 16. März 2017): ERC Consolidator Grant | Quantentechnologie mit natürlichen und künstlichen Spins
ERC Consolidator Grant | Quantentechnologie mit natürlichen und künstlichen Spins Die Quantentechnologie nutzt spezifische Eigenschaften und Freiheitsgrade der Quantenmechanik für praktische Anwendungen zum Beispiel in der Informatik oder Sensorik. Die Forschergruppe „QuantenMagnonics“ von Dr. Martin Weides am Physikalischen Institut des KIT erforscht supraleitende Qubits und hybride Spinsysteme für neue Anwendungen in Quanten-Spinelektronik und Quantencomputing. Die Veranstaltung "erc = science² - Europäische Spitzenforschung am KIT" fand statt am 16. März 2017. Weitere Informationen: www.zak.kit.edu/ERC
ERC Consolidator Grant | Quantentechnologie mit natürlichen und künstlichen Spins Die Quantentechnologie nutzt spezifische Eigenschaften und Freiheitsgrade der Quantenmechanik für praktische Anwendungen zum Beispiel in der Informatik oder Sensorik. Die Forschergruppe „QuantenMagnonics“ von Dr. Martin Weides am Physikalischen Institut des KIT erforscht supraleitende Qubits und hybride Spinsysteme für neue Anwendungen in Quanten-Spinelektronik und Quantencomputing. Die Veranstaltung "erc = science² - Europäische Spitzenforschung am KIT" fand statt am 16. März 2017. Weitere Informationen: www.zak.kit.edu/ERC
In den letzten Jahren wurden bei der Kontrolle von Quantenzuständen einzelner Atome, Moleküle und Spins in Festkörpern bahnbrechende Erfolge erzielt, und sogar quantenmechanische Verschränkung zwischen einzelnen Quantenobjekten beobachtet. Für eine Nutzbarmachung in Quantentechnologien, wie Quantensimulation oder Quantencomputing ist die Skalierung auf größere Teilchenzahlen die zentrale Herausforderung. Dabei stellen zu einer Dekohährenz des Quantenzustands führende Kopplungen an die Umgebung die größte Schwierigkeit dar. Die vorliegende Habilitationschrift umfasst wissenschaftliche Arbeiten, welche diese ungelösten Probleme auf zwei Arten adressieren. Zum einen werden neue Wege vorgestellt, wie sich durch die kohärente Kontrolle von Vielteilchensystemen der Einfluss von Dekohärenzprozessen mindern lässt. Zum anderen wird, wie sich kontrollierte Dissipationskanäle ausnutzen lassen, um Vielteilchenzustände mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu erzeugen.
Quantentechnologien (QT) sind ein aufstrebendes Forschungsfeld, das sich mit der Nutzung quantenmechanischer Phänomene, insbesondere der Verschränkung, für neuartige Anwendungen in den Bereichen Computing, Kommunikation und Sensorik beschäftigt. Obwohl die Quantenmechanik bereits Schlüsseltechnologien wie Laser und Transistoren ermöglichte, basierten diese früheren Innovationen nicht auf der gezielten Manipulation einzelner Quantensysteme oder verschränkter Zustände. In den 1990er Jahren begannen Physiker, Informatiker und Informationstheoretiker sogenannte Quantentechnologien der zweiten Generation vorzuschlagen, die aufgrund ihrer möglichen Auswirkungen auf kryptografische Sicherheit und Verteidigung großes Interesse weckten. Im Jahr 2016 unterzeichneten Tausende europäischer Quantenforscher das sogenannte Quantenmanifest, um eine milliardenschwere europäische Großinitiative zu fordern. Im gleichen Jahr stellte IBM seinen ersten Fünf-Qubit-Quantenprozessor der breiten Öffentlichkeit in der Cloud zur Verfügung, und China startete den weltweit ersten Quantenkommunikationssatelliten. Seither hat sich die Dynamik weiter verstärkt, sodass die Vereinten Nationen das Jahr 2025 offiziell zum Internationalen Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie erklärten. Diese rasanten Entwicklungen machen eine sorgfältige Technikfolgenabschätzung (TA) erforderlich, deren Ziel es ist, sowohl beabsichtigte als auch unbeabsichtigte Folgen des technologischen Fortschritts zu antizipieren. Neue und aufkommende Technologien wie QT stellen die TA dabei vor besondere Herausforderungen, da sie durch große Unsicherheiten, spekulative Erwartungen und potenziell tiefgreifende gesellschaftliche Auswirkungen geprägt sind. Die frühzeitige Beschäftigung mit diesen Herausforderungen ist entscheidend, um kritische Pfadabhängigkeiten zu erkennen und künftige Problemhorizonte effektiv zu adressieren. Die vorliegende Arbeit widmet sich zwei zentralen Forschungsfragen: (i) Wie können verantwortungsvolle Quantentechnologien von der QT-Community imaginiert, entworfen und umgesetzt werden? (ii) Welche Themen und kritischen Pfadabhängigkeiten sind für die verantwortungsvolle Entwicklung dieser Technologien relevant? Kapitel 1 bietet eine umfassende Bestandsaufnahme der QT und behandelt kommerzielle, akademische, technische, bildungspolitische und geopolitische Aspekte. Kapitel 2 analysiert, wie Verantwortung innerhalb der QT-Community verstanden, diskutiert und praktiziert wird. Kapitel 3 fasst die Erkenntnisse aus den vorangegangenen Kapiteln zusammen und identifiziert zentrale Bedingungen und Pfadabhängigkeiten für verantwortungsvolle QT-Zukünfte. Mit dieser explorativen Studie trägt die Arbeit explizit zur TA bei, indem sie QT exemplarisch nutzt, um den Umgang mit neuen Technologien besser zu verstehen. Sie identifiziert wesentliche Faktoren, die die Entwicklungspfade von QT prägen, und ermöglicht so die frühzeitige Antizipation technologischer, ethischer und gesellschaftlicher Herausforderungen. Ziel der Arbeit ist es, die TA mit neuen Erkenntnissen für den besseren Umgang mit Unsicherheiten und Komplexitäten in aufkommenden Technologiefeldern zu unterstützen.
In diesem Artikel wird der Zugang zur Quantenphysik uber das einfachst mogliche Modellsystem, das Qubit, erweitert zu der Kombination von zwei Qubits. Dabei tritt erstmals das fur die Quantenphysik zentrale Konzept der Verschrankung auf, welches nicht nur seltsame Eigenschaften der Quantenphysik illustriert, sondern auch der Schlussel zum Verstandnis von modernen Anwendungen der Quantenphysik ist. Ahnlich wie im Falle des einzelnen Qubits wird dabei versucht, die Grundprinzipien von Verschrankung und deren Anwendung mit Hilfe einfacher Mathematik und Bilder zu vermitteln, wobei Visualisierungen eine zentrale Rolle spielen. Die behandelten Themen umfassen verschrankte Zustande, Operationen und Messungen. Die moglichen physikalischen Realisierungen und Anwendungen, insbesondere im Bereich der Quanteninformation, werden hier kurz angesprochen, und in einer weiteren Publikation vertieft diskutiert.
Tagungsberichte: From Correlated Electrons to the Quantum Mechanics of Complex Systems — Ein Symposium zu Ehren von Martin C. Gutzwiller/Materie‐ und Photonen‐Interferometrie: Hermann‐von‐Helmholtz‐Symposium der Physikalisch‐Technischen Bundesanstalt/Supraleitende Elektronik — bloß etwas für Nischenmärkte?/Low Energy Electron‐Molecule Interactions at Different Degrees of Aggregation: 173. WE‐Heraeus‐Seminar/International Workshop on New Ideas in Clustering in Nuclear and Atomic Physics: 174. WE‐Heraeus‐Seminar/Workshop Mikrosensorik: 180. WE‐Heraeus‐Seminar/TAGUNGEN 1998: Veranstaltet von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG)
Komplexes Verhalten manifestiert sich in Quantensystemen unterschiedlichster Couleur: Zum einen in wechselwirkenden Vielteilchensystemen und hier besonders bei den korrelierten Elektronen im Festkorper; zum anderen in niedrigdimensionalen Systemen mit wenigen Freiheitsgraden, deren Kopplung zu klassisch chaotischem Verhalten fuhrt und die damit ideale Untersuchungsobjekte fur Quantenchaos sind.Diesen weiten Bogen von elektronischen Korrelationen bis hin zum quantenmechanischen und klassischen Chaos uberspannen die Arbeiten von Martin C. Gutzwiller (IBM, Yorktown Heights).Sein Name ist fest verbunden mit der Variationswellenfunktion fur korrelierte Elektronen (1963) und ihrer naherungsweisen Auswertung (1965) sowie mit der semiklassischen Spurformel (1971).Fur diese und weitere wegweisende Beitrage wurde er mit einem Symposium am Max-Planck-Institut fur Physik komplexer Systeme in Dresden (23.-25.Juni 1997) geehrt.Sowohl die Untersuchung korrelierter Elektronen wie auch die des Quantencha-0s haben sich in den letzten Jahren zu schnell fortschreitenden, breiten Forschungsfeldem entwickelt.Das Symposium in Dresden hat geholfen, diese Gebiete niiher zusarnmenzubringen und uber
Das erste Viertel des 20. Jahrhunderts sah zwei große wissenschaftliche Revolutionen. Zuerst die Relativitätstheorie, die unsere Sicht von Raum und Zeit stark wandelte, und dann die Quantenmechanik, die unser Denken über Materie und Energie zutiefst veränderte. Die Quantenmechanik führte zu einer grundlegend neuen Denkweise über Materie und sorgte für ein tiefes Verständnis einer großen Anzahl Phänomene, von den fundamentalsten Eigenschaften der Elementarteilchen bis zu diversen Aspekten der Chemie. Die Quantenmechanik öffnete die Tür zum Mikrokosmos und erklärte dabei viele der Eigenschaften äußerst unterschiedlicher Materialtypen wie Isolatoren, Metalle, Halbleiter und Supraleiter. Die moderne Physik ist immer noch verbissen in die weitere Untersuchung der stets überraschenden Welt von Quanten-Festkörpern, -Flüssigkeiten und -Gasen.
Die Heisenberg-Gesellschaft, die im Dezember 2012 gegründet wurde, widmet sich der Vermittlung des geistigen Erbes von Werner Heisenberg. Er war einer der bedeutendsten Wissenschaftler des 20. Jahrhunderts. Mit seiner Quantenmechanik eröffnete er uns die Welt der kleinsten Bausteine der Materie, der Atome, Atomkerne und Elementarteilchen. Sie ermöglicht auch die Beschreibung der physikalischen Eigenschaften von Molekülen, chemischen Verbindungen, Kristallen, Feststoffen und Halbleitern und ist so die Grundlage der heutigen Computertechnik. Heisenbergs Entdeckung der Unbestimmtheitsrelation hat weitreichende Konsequenzen für die Naturphilosophie und die Erkenntnistheorie und erlaubt die abhörsichere Verschlüsselung von Informationen. Die Vorträge auf der jährlichen Mitgliederversammlung zu naturwissenschaftlichen und philosophischen Fragen im Zusammenhang mit Heisenbergs Werk werden als E-Book veröffentlicht. Der vorliegende zweite Band der Schriftenreihe behandelt die Rolle der Symmetrien in der Wissenschaft und Kunst und gibt eine beispielhafte Einführung in die Quantentheorie.