„Eine völlig neue Tür in der Quantenphysik aufgestoßen“

Prof. Dr. Joachim von Zanthier an Schreibtisch
Treibt die Quantenforschung an der FAU voran (von links): Prof. Dr. Joachim von Zanthier von der Professur für Experimentalphysik. (Bild: FAU/Giulia Iannicelli)

FAU-Forscher Joachim von Zanthier hat beim aktuellen Physik-Nobelpreisträger Alain Aspect promoviert und war immer beeindruckt von Aspects Analyse und Präzision

Dass der eigene Doktorvater den Nobelpreis erhält, passiert einem Wissenschaftler auch nicht alle Tage. Keine Wunder also, dass FAU-Quantenphysiker Prof. Dr. Joachim Zanthier ein wenig aufgekratzt war, als er erfuhr, dass der Physik-Nobelpreis in diesem Jahr unter anderem an Alain Aspect verliehen wird, bei dem er in den 90er Jahren promoviert hat. Im Gespräch erinnert er sich an die Zeit in Paris.

Sie haben bei Alain Aspect, einem der drei aktuellen Physik-Nobelpreisträger promoviert. Hat Sie die Nominierung überrascht?

Überrascht –  eigentlich nicht. Denn er war dafür schon lange im Gespräch und hat den Nobelpreis völlig zu Recht bekommen. Ich habe große Hochachtung vor ihm ebenso wie auch vor den anderen beiden Preisträgern. Denn gleichgültig wie viele Erkenntnisse im Bereich der Quantenforschung mittlerweile gewonnen worden sind, was immer gemacht, erfunden, entwickelt wurde in diesem Feld: Die fundamentale Entdeckung der Verschränkung – die wesentliche Eigenschaft, die wir in der Quantenphysik für die „second quantum revolution“ oder Quantum Mechanics 2.0 ausnutzen –, das ist diesen dreien gelungen. Diese Entdeckung hat eine völlig neue Tür in der Quantenphysik aufgestoßen. Eine Tür, die erst all das ermöglicht hat, woran wir heute forschen. Und das bereits vor 40 Jahren!

Was genau bedeutet Verschränkung?

Verschränkung ist ein Zustand, der nur in der Quantenmechanik möglich ist: Er beschreibt die Verknüpfung von zwei oder mehr Teilchen, die in einem gemeinsamen Quantenzustand sind – sie sind auf eine besonders intensive Art miteinander verwoben, wie es in der klassischen Physik nicht beschrieben werden kann.  Misst man die Eigenschaften eines der beiden Teilchen – also etwa Geschwindigkeit und Position oder Polarisation und Frequenz –, so ist das andere automatisch im selben Augenblick mit gemessen und bestimmt, auch wenn die beiden Teilchen Lichtjahre voneinander entfernt sind. Der Clou dabei: Die Geschwindigkeit und Position etc. des ersten Teilchens können dabei zunächst vollkommen unbestimmt sein und viele Werte annehmen. Diese Erkenntnis ist essenziell für alle aktuellen Forschungsbereiche der Quantenphysik – für die Quantenkommunikation, für das Quantencomputing und für das so genannte Quantensensing, das zum Beispiel in der medizinischen Bildgebung eingesetzt werden kann.

Was hat Sie während Ihrer Promotionsphase bei Alain Aspect besonders beeindruckt?

Promoviert habe ich bei ihm, als er bereits an die Université Paris Sud gewechselt war, also nach 1990. Aber kennengelernt habe ich ihn an der École Normale Supérieure in Paris, der ENS, – und da ist das gesamte Umfeld extrem beeindruckend. Die ENS ist eine Art Talentschmiede der Atomphysik und Quantenmechanik. Allein aus diesem Labor kommen vier Nobelpreisträger aus diesem Bereich, von Alfred Kastler, Preisträger von 1966, dessen Schüler Claude Cohen-Tannoudji, der 1997 den Nobelpreis erhalten hat, über seinen Schüler Serge Haroche, Preisträger 2012, bis hin zu Alain Aspect. Das ist wirklich ein Phänomen – und insofern vielleicht dann doch nicht ganz überraschend.

Welche Erkenntnisse haben Sie aus Ihrer Zeit bei Aspect mitgenommen und wie wirkt seine Forschung heute in Ihre wissenschaftliche Arbeit hinein?

Was ich von ihm gelernt und mitgenommen haben, ist seine rigorose Art der Analyse, die Präzision seiner Forschung. Das habe ich für meine Arbeit übernommen. Interessanterweise führen wir in unserer Forschung am Standort Erlangen genau das fort, wofür er 1982 mit der berühmten Entdeckung der Verschränkung den Grundstein gelegt hat. Im Übrigen habe ich darüber gar nicht promoviert – denn nach 1990 hat er sich der Atomoptik gewidmet, einem völlig anderen Thema.  Aber als ich nach Erlangen kam, bin ich mehr oder weniger durch Zufall wieder in eine Forschung eingestiegen, die sich als eng verbunden entpuppte mit dem, was Alain vorher gemacht hat und für das er nun ausgezeichnet wird. Seine wissenschaftliche Leistung ist darüber hinaus auch die Grundlage für unser Center for Applied Quantum Technologies, das in Kürze an den Start gehen wird.

Was zeichnet den Menschen Alain Aspect aus? Und was den Wissenschaftler?

Alain Aspect ist Südfranzose und sehr temperamentvoll, sehr enthusiastisch. Er hält hervorragende, sehr anschauliche Vorträge. Und er gilt als gesellig und sehr zugänglich. Auf eine Art macht ihn das auch als Wissenschaftler aus: Er steigt tief in die Analyse ein, in Diskussionen ergreift er das Wort, stellt Fragen, er ist ein kühner Forscher. Auch seine Arbeiten in der Quantenphysik, die er ja schon zu einer sehr frühen Zeit geleistet hat, zeigen diese Kühnheit. Verschränkung zu messen, das war bis dahin unmöglich gewesen – er hatte die Idee, wie es gehen könnte und hat das Phänomen dann tatsächlich nachgewiesen. Das war eine kolossale Pionierleistung.

Kontakt

Prof. Dr. Joachim von Zanthier
Professur für Experimentalphysik
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