Fotos: Martina Markus / Janez Pelko / Zala Lenarčič

Seebrise, Sonnenuntergänge und Physik

Zala Lenarčič ist Postdoktorandin in der Gruppe von Professor Rosch (Preisträger des Gottfried Wilhelm Leibniz-Preises im Jahr 2012) am Institut für Theoretische Physik der Universität zu Köln. Sie forscht und arbeitet im CRC 183, einem neuen transregionalen Sonderforschungsbereich, in dem sich die Freie Universität Berlin, die Universität Kopenhagen, das Weizmann Institut für Wissenschaft in Israel und die Universität zu Köln zu einer internationalen Forschungskooperation zusammen-geschlossen haben. Unter dem Titel "Verschränkte Materiezustände" haben es sich die internationalen ForscherInnen zur gemeinsamen Aufgabe gemacht, die Verschränkung  im Streben nach Quantencomputern auszunutzen und deren Rolle zu erforschen.

Zweimal im Jahr kommen die ForscherInnen des CRC aus Berlin, Köln, Kopenhagen und Rehovot (Israel) zusammen, um Ideen auszutauschen, Ergebnisse zu präsentieren und neue Projekte zu planen.

Ein Bericht von Zala Lenarčič

Konferenz-Auftakt in Langeoog

Im November 2016 trafen sich die Mitglieder des Sonderforschungsbereichs in Langeoog. Zum ersten Mal kam die internationale Gemeinschaft nach der Gründung des CRC 183 an einem Ort zusammen. Natürlich waren viele der Principal Investigators (PIs) anwesend, die die Projektleitungen im CRC  innehaben. Fast noch wichtiger allerdings war es, dass die jungen ForscherInnen auf DoktorandInnen- und Postdoc-Ebene die Chance bekamen, sich persönlich kennenzulernen und Ideen auszutauschen.

Die kleinen Insel Langeoog, eine der ostfriesischen  Nordseeinseln, bestach nicht gerade durch großstädtisches Flair. Die Gesprächsthemen während und nach den offiziellen Programmpunkten waren jedoch sehr international. Insgesamt war die Atmosphäre viel lebendiger als bei einem typischen Seminar in Köln. Dies war jedoch nicht nur auf die unterschiedlichen Nationalitäten der TeilnehmerInnen zurückzuführen, sondern auch auf die Tatsache, dass alle großes Interesse an zwar einerseits verschiedenen, aber andererseits ausreichend verwandten Themen in der Theoretischen Physik  hatten. Es ist genau diese facettenreiche Gemeinschaft, die unseren CRC so einzigartig und vielversprechend macht.

Strandgespräche über Physik

Konferenzen wie die in Langeoog sind für die internationale Zusammenarbeit extrem wichtig, da sie ForscherInnen zusammenbringen und intensive Brainstorming Aktivitäten ermöglichen, die beispielsweise über Skype so nicht möglich wären. Soweit ich weiß, war dies auch das Argument zugunsten dieses eher abgelegenen und kleinen Ortes: Langeoog! Es war unmöglich weiter als bis zum Strand zu „entkommen“, wo man unweigerlich auf einen angenehmen Kollegen oder eine angenehme Kollegin traf und  die Diskussion über interessante Dinge in der Physik fortführen konnte.

Jedes Projekt im CRC 183 wird von Principal Investigators  aus unterschiedlichen Fachbereichen  geleitet. Der große Vorteil dieser Struktur ist, dass die verschiedenen Forschungs-Teams , unterschiedliche Ansätze auf dasselbe Problem anwenden können. Eine besondere Herausforderung ist natürlich, eine effiziente Kommunikationsstruktur zwischen den Teams zu etablieren. Konferenzen wie die in Langeoog sind da sehr förderlich und bieten gute Plattformen, um zukünftige Projekte zu kommunizieren, was besonders für NachwuchsforscherInnen sehr wichtig ist, die den Forschungsauftrag vielleicht nicht im Detail kennen. In meinem konkreten Fall hat es mir geholfen, mich mit einem Postdoc der FU Berlin auszutauschen, der sich mit dem Thema angetriebener offener Systeme auseinandersetzt, den ich aber – trotz unseres gleichen Forschungsgebietes - noch nie zuvor getroffen hatte. Ich hoffe, dass wir den Dialog auch nach Langeoog fortsetzen werden.

Im Hinblick auf das konkrete Projekt, an dem ich beteiligt bin, finde ich es extrem hilfreich, dass der hauptsächlich  analytische Ansatz unserer Arbeitsgruppe in Köln zur Manipulation topologischer Defekte (Speicherung von Quanteninformationen) in einem ungeordneten und  wechselwirkenden System unter Leitung von Professor Rosch, ergänzt und unterstützt wird durch den numerischen DMRG (Dichtematrix-Renormierungsgruppe) Ansatz der Arbeitsgruppe von Dr. Karrasch an der FU Berlin.

In Slowenien, meinem Heimatland, werden Forschungskooperationen und Vernetzung in viel geringerem Ausmaße vorangetrieben. Auch stehen in Slowenien natürlich weniger Fördermittel zur Verfügung. Daher ist es für mich auf jeden Fall eine wertvolle Erfahrung in ein so vielfältiges und internationales Kooperationsprojekt wie dem CRC 183 eingebunden zu werden. Die Arbeit in einem solch kreativen Umfeld bietet jungen Nachwuchswissenschaftlerinnen verschiedene Möglichkeiten, ihre akademische Karriere weiter auszubauen. So werden insbesondere DoktorandInnen ermutigt, einige Zeit an anderen Instituten des Forschungsbereichs zu verbringen. Das sind wertvolle Erfahrungen, die auch dazu beitragen können, starre Dissertationsthemen auszubauen.

Ein weiteres Format, das auf der Konferenz in Langeoog vorgeschlagen wurde, ist die Organisation von kleinen und eher spontanen Workshops mit bis zu 15 Personen, die nicht unbedingt alle Mitglieder unseres CRC sein müssen, sondern es können auch externe Experten mit einem bestimmten fachlichen Schwerpunkt hinzukommen. Alle diese Aktivitäten tragen auf jeden Fall zu einer lebendigen Forschungsatmosphäre an der Universität zu Köln bei.

Über den CRC 183 "Verschränkte Materiezustände"

Der CRC 183 ist ein neuer transregionaler Sonderforschungsbereich mit einer internationalen Kooperation zwischen der Universität Köln, der Freien Universität Berlin, der Universität Kopenhagen und des Weizmann Instituts für Wissenschaft in Israel. Unter dem Titel „Verschränkte Materiezustände“ untersuchen die internationalen ForscherInnen die Rolle der Verschränkung im Streben nach Quantencomputern. Ein Quantenzustand ist verschränkt, wenn die Objekte, die er beschreibt, auf spezielle Weise korreliert sind. Solche Zustände spielen eine wesentliche Rolle für das Funktionieren eines Quantencomputers. Im Gegensatz zu klassischen Bits kann ein Quantenbit (Qubit) einen Zwischenzustand der Zustände 1 und 0 annehmen. Für eine Rechenoperation eines Quantencomputers sind mehrere miteinander verschränkte Qubits nötig. Die Realisierung hängt entscheidend von der Robustheit der Quantenbits gegenüber Fehlern ab, die durch Wechselwirkung mit der Umgebung hervorgerufen werden. Ein vielversprechender Fehlerschutzmechanismus besteht darin, verschränkte Zustände zu nutzen, die topologisch gestützt sind. Diese Zustände sind auf nicht-triviale Weise "verknotet", können aber in Form von kondensierter Materie realisiert werden. Das Ziel des CRC 183 ist es, die Präparation und Manipulation derartiger Quantenbits zu verstehen und die Schutzmechanismen, die ihre Stabilität gewährleisten, zu erforschen und nutzbar zu  machen. Durch die Zusammenführung von Konzepten aus Quanteninformation und Festkörperphysik zielt der Sonderforschungsbereich darauf ab, Plattformen für "topologische Quantencomputer" zu entwerfen und zu realisieren.