„Lukrative Quantentechnologie ist schon unter uns“
Prof. Dr. Thomas Elsässer
Abbildung: privat
Im Rahmen der Science Week richtet die Humboldt-Universität zu Berlin (HU) am 10. November die Next Frontier Debate aus. Bei der Podiumsdiskussion im Tieranatomischen Theater sprechen Prof. Dr. Birgitta Whaley (University of California, Berkeley), Prof. Dr. Oliver Benson (HU) und Prof. Dr. Thomas Elsässer (HU und Max-Born-Institut) über den Stand der Quantenforschung, unterschiedliche Ansätze und Perspektiven auf zukünftige Entwicklungen. Im Vorfeld gibt Prof. Dr. Thomas Elsässer im Interview Einblicke in den Forschungsbereich.
Zu welchen Entwicklungen wird Ihrer Einschätzung nach die Quantentechnologie und -forschung in den nächsten Jahren führen?
Prof. Dr. Thomas Elsässer: Im Moment kann das niemand sagen, die Zeitskalen sind schwer festzunageln. Wir sind noch weit entfernt von echten Prozessoren und damit Quantencomputern, die mit sogenannten Qubits arbeiten. Bisher haben die Datenkommunikation und vor allem die Kryptografie, also Verschlüsselung von Daten, das Feld stark vorangetrieben, mehr als der Quantencomputer und seine Hardware selbst. Betreibt man heute Physik, ganz gleich in welchem Feld, hat man fast immer mit Quantenmechanik zu tun. Es ist die Theorie, mit der man die mikroskopische Welt beschreibt. Sie ist in der Physik unverzichtbar. Daher ist eine mögliche Anwendung schon immer auch Forschung: Der Einsatz von Quantencomputern in Simulationen zur Beantwortung quantenphysikalischer Fragen ist vielversprechend. Damit lassen sich zwar keine riesigen Summen verdienen, aber neue Erkenntnisse gewinnen. Lukrative Quantentechnologie ist ohnehin schon unter uns. Vielen Menschen ist dies nur nicht bewusst.
Sie spielen damit auf die Elektronikindustrie an?
Richtig. Die ersten Massenanwendungen waren Halbleiter-Nanostrukturen für die Optoelektronik, zum Beispiel die Laser in einem DVD- oder BluRay-Player. Das Aufkommen der ersten Generation von Quantentechnologie ist aber bereits 40 Jahre her. Ein Teil der heutigen Forschung ist noch kleineren, zum Teil einzelnen Quantensystemen gewidmet, etwa in molekularen Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Ein Beispiel ist die Herstellung stabiler Speichereinheiten wie den Qubits. Die theoretischen Grundlagen dafür sind alt, aber die technische Realisierung ist noch immer sehr anspruchsvoll.
Sie bewegen sich am Max-Born-Institut damit also noch in der Grundlagenforschung. In welchem Bereich genau?
Wir sind hier am MBI besonders im Bereich der Wechselwirkung von Licht und Materie aktiv. Uns interessieren ultraschnelle Prozesse, die wir mit optischen Methoden untersuchen. Wir wollen etwas lernen über Vorgänge, die in Zeiten von einer Billionstel Sekunde und kürzer ablaufen. In diesem Zeitbereich spielen Quantenprozesse und Quantenstatistik eine Rolle. Das sogenannte Dekohärenzproblem ist ein zentrales Thema, auch für die Anwendung unserer Forschung. Aber in der Praxis ist die ‚Lebensdauer‘ der Quantenphase, das heißt einer festen Phasenbeziehung zwischen Wellenfunktionen die ein Objekt beschreiben, sehr kurz. Das ist ein Problem, das wir für eine nutzbare Technik erst überwinden müssen.
Der Verkauf von Quantencomputern in den USA steht also nicht für die Marktreife der Technik?
Da sollte man sich nicht zu sehr beeindrucken lassen. Die Musik in der Forschung an Quantensystemen spielt ganz entscheidend in Europa und nicht zuletzt in Deutschland. Die Frage ist zudem, welche Bedeutung der Quantencomputer als Massentechnologie erreichen soll und kann. Im Vergleich zu Siliziumtechnologie auf konventioneller Seite ist er im Augenblick keinesfalls wettbewerbsfähig. Jemand, der aus der klassischen Chip-Technologie kommt, wird sagen: "Alles schön und gut, aber wie sieht der Vergleich zur jetzigen Technologie aus?" Es gibt sehr kritische Stimmen zum Kosten-Nutzen-Verhältnis beim Quantencomputer. Firmen gehen ideologiefrei an solche Fragen heran mit Parametern wie Kosten, Energieverbrauch und Zuverlässigkeit. Daher gibt es von Seiten der Industrie Kritik, wenn ohne überzeugende Anwendungen von einer "zweiten Quantenrevolution" gesprochen wird.
Wie würden Sie das Verhältnis von Industrie und Forschung am Standort Berlin beschreiben?
Der Technologie- und Wissenstransfer hier in Adlershof funktioniert generell extrem gut. Es gibt eine gewinnbringende räumliche Nähe von offenen Firmen mit einer Bereitschaft, etwas auszuprobieren. Aber was Quantentechnologien angeht, ist das Risiko im Moment noch sehr hoch, besonders für kleinere und mittlere Firmen. Die Aufmerksamkeit für Quantentechnologie ist allerdings gut. Publicity ist nicht das Problem, sondern die breite Industrie vom technologischen Potential zu überzeugen. Es ist eine Art Henne-Ei-Problem: Die Investoren werden erst aktiv, wenn von der Forschungsseite etwas demonstriert wurde. Dann geben sie Geld aus und treiben die Technologie nach vorn.
Sind der gute Ruf und die historischen Wurzeln der Quantenmechanik in Deutschland nicht hilfreich, um Firmen zu überzeugen?
Die historische Bedeutung von Berlin ist bekannt und wird gelegentlich gefeiert, aber das hilft im praktischen Betrieb nur begrenzt. Forschung ist globalisiert und von einem harten Wettbewerb geprägt. Man schaut darauf, was zuletzt geleistet wurde, weniger auf eine lange Historie. Das historische Prestige der Quantenmechanik in Deutschland ist nicht verflogen, aber ab einem gewissen Punkt irrelevant.
Das Interview führte Peter Gotzner