Das EKM erforscht Systeme von vielen quantenmechanischen Teilchen, die sich in ihrem Verhalten gegenseitig stark beeinflussen. In der Physik spricht man von Korrelationen. Das Gesamtsystem erh?lt durch sie neuartige Eigenschaften, da die Teilchen in ihm gemeinsam und kollektiv agieren. ?Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile“, erkl?rt Markus Heyl, Professor für theoretische Physik und Mitglied des EKM. ?Im Englischen sagt man auch: More is different.“ Diese Tatsache l?sst sich unter anderem nutzen, um Materialien für innovative Anwendungen herzustellen - beispielsweise für neuartige Sensoren oder für Quanteninformationstechnologien.

Das EKM wurde Mitte der 1990er Jahre an der Universit?t Augsburg gegründet. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie der Freistaat Bayern wollten damit ein Kompetenzzentrum für diesen wichtigen Bereich der quantenmechanischen Vielteilchenphysik schaffen. Seit seiner Etablierung wird es durch einen unabh?ngigen wissenschaftlichen Beirat begleitet. Auch bei der gestrigen Sitzung fiel das Urteil der internationalen Experten positiv aus. ?Wir haben uns auf unserem Forschungsgebiet inzwischen eine herausgehobene Stellung erarbeitet, auch im internationalen Vergleich“, betont Heyl.

Quanteninformationen verarbeiten

Ein Beispiel für eine spezielle Art quantenmechanischer Korrelationen ist die sogenannte Quantenverschr?nkung. Dieses Ph?nomen l?sst sich am besten mit einem Beispiel veranschaulichen: Mal angenommen, zwei Spieler würfeln gleichzeitig mit einem Würfelbecher, der jeweils einen Würfel enth?lt. Spieler A schaut nach und sieht, dass er eine Sechs gewürfelt hat. Auf das Ergebnis von Spieler B hat das keinen Einfluss: Es l?sst sich nicht vorhersagen, welche Augenzahl sein Würfel zeigen wird, wenn er seinen Becher lupft. In der Welt der kleinsten Teilchen ist das anders: Dort kann es sein, dass beide Würfel verschr?nkt sind. Sobald Spieler A sein eigenes Ergebnis kennt, wei? er damit auch, wie der Würfel von Spieler B gefallen ist. ?Korrelationen er?ffnen ein ganzes Universum von innovativen Materialien, das bei weitem noch nicht ausgesch?pft ist“, erkl?rt Prof. Heyl.

Ein konkretes Beispiel sind stark korrelierte Materialien, die sich zum Speichern von Quanteninformationen eignen. Sie werden für neuartige Quantencomputer ben?tigt, mit denen sich bestimmte Probleme vieltausendfach schneller l?sen lassen als mit herk?mmlichen Rechnern. Quanteninformationen sind empfindlich; sie lassen sich durch ?u?ere Einflüsse leicht zerst?ren. Sie lange zu speichern, ist daher ?u?erst schwierig. Korrelierte Teilchensysteme sind dafür ein m?glicher Ausweg: Bei ihnen wird die Information gewisserma?en ?verteilt“ abgespeichert. Da diese Speicher miteinander korrelieren, kontrollieren sie sich gegenseitig und verhindern so, dass die Information verloren geht. ?Die Quanteninformationsverarbeitung ist aber nur ein Bereich, für den die von uns untersuchten Systeme relevant sind“, betont Heyl. ?Wir betreiben Grundlagenforschung; unsere Ergebnisse sind aber prinzipiell für sehr viele Fragestellungen von gro?er Bedeutung.“

Mitglieder des EKM sind der Lehrstuhl für Theoretische Physik III (Prof. Heyl) sowie die Lehrstühle für Experimentalphysik V (Prof. Dr. István Kézsmárki) und Experimentalphysik VI (Prof. Dr. Philipp Gegenwart). Der gro?e Erfolg des Zentrums dokumentiert sich unter anderem in einer Reihe von Gro?projekten, an denen es in den letzten Jahrzehnten ma?geblich beteiligt war. Dazu z?hlte etwa kürzlich die Einwerbung eines sogenannten Transregio-Sonderforschungsbereichs zusammen mit der technischen Universit?t München und dem Max-Planck-Institut für Festk?rperforschung in Stuttgart. Das EKM ist zudem Mitglied des Munich Quantum Valley, einer Initiative, mit der die bayerische Landesregierung die quantenphysikalische Forschung in Deutschland vorantreiben m?chte.