Das Doktoratskolleg (DK) "Komplexe Quantensysteme", das vom Wissenschaftsfonds FWF gefördert wird, will ein besseres Verständnis von Quantenphysik entwickeln und neue Anwendungen dieser erschließen. Quantensysteme sind - wie der Name des Kollegs schon sagt - komplex und kompliziert. V.-Prof. Dr. Markus Arndt, Sprecher der Arbeitgruppe Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation an der Fakultät für Physik und Leiter des DK, versucht es trotzdem auf den Punkt zu bringen: "Im Großen und Ganzen sind die beiden Seltsamkeiten der Quantenphysik die Superposition und die Verschränkung."
"Superposition" bezieht sich darauf, dass Quantenobjekte in Zuständen existieren können, die man in der klassischen Physik für sich gegenseitig ausschließend halten würde. Die "Verschränkung" verweist darauf, dass auch mehrere Quantenobjekte, im Prinzip unabhängig von ihrer Entfernung, in einem gemeinsamen Superpositionszustand miteinander verbunden bleiben können.
Vielfältige Quantenphysik
"Diese beiden Themen - Superposition und Verschränkung - durchziehen alle Bereiche des DK, das sehr vielfältig ist", sagt Markus Arndt. Während Univ.-Prof. Dr. Anton Zeilinger experimentell den Verschränkungsaspekt von Photonen erforscht, untersuchen Ao. Univ. Prof. Dr. Caslav Brukner und Univ.-Prof. Dr. Frank Verstraete den Verschränkungsaspekt in komplexen Mehrteilchensystemen (Festkörpersysteme, Atome in optischen Gittern...) hauptsächlich theoretisch. Ein anderes Thema des DK, das viele Fakultätsmitglieder vernetzt, ist Quanteninformation und Quantencomputing.
Die Initiatoren des Kollegs, das von der Universität Wien und der Technischen Universität Wien gemeinsam organisiert wird, leiten international anerkannte Forschungsgruppen. Markus Arndts Gruppe beispielsweise ist führend hinsichtlich der Kohärenz und Dekohärenz von komplexen Molekülen, besonders von Quanten-Interferenzen von Makromolekülen. Dekohärenz bezieht sich darauf, dass Superposition und Verschränkung im praktischen Leben wieder zerstört werden.
"Immerhin sitzen Sie nur hier und nicht auch gleichzeitig dort drüben", verdeutlicht Prof. Arndt. Warum das so ist und man etwa auch nicht mit einem Stuhl Quantenphysik betreiben kann, wird z.B. im Doktorratskolleg KollegialassistentInnen von Markus Arndt und Univ.-Prof. Dr. Reinhold Bertlmann beschäftigen.
Auswahlverfahren - Quanten-Mitgift
Das sind Beispiele für die bestehenden Arbeitsgruppen, die optimalerweise jeweils eine/n KollegialassistentenIn bekommen. "Es ist ein bisschen wie am Heiratsmarkt, wir werden sehen, ob wir da die günstigsten Ehen schließen können", lacht Markus Arndt. In der ersten Auswahl selektierte man 26 aus über 90 BewerberInnen und lud sie zum Vorstellungsgespräch ein. Auswahlkriterien sind Noten, Studienzeit, Spezialisierungen, Internationalität und Referenzen. "Der internationale Vergleich ist schwierig", erzählt Arndt, "beispielsweise werden im deutschsprachigen Raum relativ gute Noten in Physik vergeben, bei China oder dem Iran ist das schwerer einzuschätzen."
Beim Vorstellungsgespräch selbst zählt das Auftreten - auch auf der Physik muss die Chemie stimmen. Bei den ersten Interviews konnte man noch nicht alle Stellen besetzen, weil zu viele TheoretikerInnen unter den BewerberInnen waren. Deswegen startete eine zweite Anhörungsrunde. Insgesamt wurden 13 DoktorandInnen - darunter eine Frau - ausgewählt.
Anspruchsvolles Ausbildungsprogramm im Labor
Die DoktorandInnen erwartet in den nächsten drei Jahren ein anspruchsvolles Ausbildungsprogramm, eine Reihe von Vorlesungen renommierter Gastprofessoren sowie regelmäßige Sommerschulen, jährliche Klausuren und Austauschprogramme mit Partnergruppen auf allen Kontinenten. Zusätzlich bekommen die jungen PhysikerInnen die Chance, ihre Soft Skills wie Präsentationstechniken, Forschungsmanagement oder wissenschaftliches Schreiben zu verbessern.
"Wichtig ist uns, dass die Leute von der ersten Woche an Zeit im Labor verbringen, damit sie gar nicht erst auf die Idee kommen, dass das nicht der Platz wäre, wo sie ohnehin die ganze Zeit verbringen müssen", sagt Markus Arndt. Denn im Labor ist die Physik zu Hause und witzigerweise sagen sogar viele TheoretikerInnen in der Physik, dass sie ins Labor gehen, wenn sie in die Universität gehen, so der Physiker. (hh)
Das Doktoratskolleg "Komplexe Quantensysteme" startete am 1. Oktober 2007 unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr. Markus Arndt. Das Kolleg wird zu zwei Dritteln durch den FWF finanziert und sowohl von der Universität Wien als auch der TU Wien großzügig unterstützt. Die Universität Wien beherbergt die Gruppen von Markus Arndt im Bereich "Molekulare Quantennanophysik", Reinhold Bertlmann mit "Quanteninformation in der Hochenergiephysik", Caslav Brukner zur "Quanteninformationstheorie" sowie Anton Zeilinger mit den "Grundlagen und Anwendungen der Quantenphysik".
Die TU Wien ist mit Helmut Rauch (Kohärenz und Verschränkung von Neutronen), Jörg Schmiedmayer (Ultrakalte Quantengase, Bose Einstein Kondensation, Atomchip-Technologien) und Karl Unterrainer (Quantenoptik in nanostrukturierten Festkörpern und THz-Spektroskopie) vertreten. Auch Peter Zoller (theoretischen Quantenoptik und Quanteninformation) von der Universität Innsbruck konnte für das Kolleg gewonnen werden.
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