Quantensprünge mitten in der Stadt

In drei Science-Zelten präsentierten Forschende aus Erlangen und das Nürnberger Zukunftsmuseum in der Erlanger Innenstadt sechs Experimente und vier spannende Kurzvorträge. Unter anderem demonstrierte das Team um MPL-Direktor Prof. Vahid Sandoghdar nanooptische Methoden, mit denen sie die Grenzen des Auflösungsvermögens immer weiter verschieben. Die Besucher*innen konnten beispielsweise einzelne Farbstoffmoleküle in der Größenordnung 10^-6 Millimeter live beobachten. Im experimentellen Aufbau der Technologieeinheit ›Faserherstellung & Glasstudio‹ lies Dr. Michael Frosz „Photonen tanzen“. Angeregt durch ultraviolettes Licht zeigen sich Quantenübergänge in einem speziellen Bleiglas. Das darin enthaltene Metall Europium absorbiert das UV-Licht, wodurch die Europium-Atome in einen angeregten Energiezustand übergehen. Beim Zurückfallen in den Grundzustand senden sie Photonen mit geringerer Energie aus – das Glas beginnt dadurch hellrot zu leuchten.

›Ein einzelnes Ion zum Anfassen‹ versprach das Experiment der Emeritusgruppe von MPL-Gründungsdirektor Gerd Leuchs. Tatsächlich konnten die Besucher*innen per Livestream auf dem Monitor verfolgen, wie ein einzelnes Ion in einer Falle eingefangen und kontrolliert wurde. Dabei wurde das Ion auf eine Temperatur von etwa -273,149 °C herabgekühlt. Die Besucher*innen konnten auch einzelne Quantensprünge beobachten – ein faszinierender Einblick in eine Welt, die mit bloßem Auge normalerweise nicht zugänglich ist.

Große Forschung in der Mittagszeit – leicht verdaulich in kleinen Happen

In kurzen „Science-to-go“-Vorträgen stellten die Forschenden ihre aktuellen Projekte aus dem Bereich der Quantenforschung vor. Ob es um Quantenverschlüsselung, Mikroresonatoren, Optische Uhren oder die Koppelung von Licht und Schallwellen ging – die etwa fünfzehnminütigen Vorträge zeigten, dass moderne Technologien auf den Prinzipien der Quantenmechanik beruhen. Sie machten außerdem deutlich, wie aktiv und vielfältig die Forschung in diesem Bereich ist.

So berichtete MPL-Forschungsgruppenleiter Christoph Marquardt, der zudem Professor an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg ist, zu einem kürzlich erfolgten Experiment, in dem einzelne Photonen von einem über dem MPL kreisenden Forschungsflugzeug in eine Ionenfalle im Labor geschickt werden sollten. Das Ziel: Grundlegende Technologien für stabile und sichere Quantenkommunikation unter realistischen Bedingungen testen. Der nächste Redner, MPL-Direktor und Leiter der Theorie-Abteilung Prof. Florian Marquardt, erläuterte die Bedeutung der Quantenphysik für die Weiterentwicklung der Künstlichen Intelligenz und von neuronalen Netzwerken. Wie man mit Mikroresonatoren Licht einfangen kann und wie man diese herstellt, führte MPL-Forschungsgruppenleiter Dr. Pascal Del’Haye im anschließenden Vortrag aus. Sein Forschungsteam beschäftigt sich außerdem mit optischen Uhren, die noch exakter funktionieren als Atomuhren – ein Thema, das er vor dem Erlanger Publikum ebenfalls beleuchtete. Mit Ukulele ausgerüstet startete der Beitrag von MPL-Forschungsgruppenleiterin der Quanten-Optoakustik Birgit Stiller, die überdies eine Professur an der Leibniz Universität Hannover innehat. Nicht nur der musikalische Einstieg war unerwartet; auch ihr Wissenschaftsgebiet überrascht, indem es zwei unterschiedliche Disziplinen miteinander verbindet – die Optik mit der Akustik. Die Wissenschaftlerin beschäftigt sich mit der Wechselwirkung der völlig unterschiedlichen Wellenarten Licht und Schall – ein vielversprechendes Forschungsfeld für die Datenverarbeitung, sichere Quantenkommunikation und Speicherung von Lichtinformationen.

Ein Blick hinter die Kulissen der Spitzenforschung

Am frühen Abend verlagerte sich das Geschehen dann auf den Campus des MPL. Dort erwartete die Gäste ein abwechslungsreiches Programm aus Vorträgen, Laborführungen und Film. Prof. Florian Marquardt spannte den Bogen über ein Jahrhundert Quantenwissenschaften. Er berichtete in seinem Vortrag von der Geburtsstunde der Quantenmechanik im Sommer 1925 auf Helgoland – welche die Grundlage für die heutige Quantenwissenschaft lieferte. Diese Erkenntnisse sind die Basis beispielsweise für Quantencomputer. Einhergehend mit ihrer Komplexität sind diese derzeit noch stark anfällig für Fehler. Prof. Marquardt führte unter anderem aus, wie Künstliche Intelligenz dabei helfen kann, diese Fehler auszubessern. Anschließend gab Prof. Birgit Stiller einen Einblick in die Welt der Quanten-Optoakustik. Beispielsweise können Informationen aus Lichtimpulsen in Schallwellen übertragen werden. Auf diese Art kann Schall Informationen quasi zwischenspeichern. Von diesen Erkenntnissen profitieren unter anderem die Forschungen an Quantencomputern und -kommunikation.

Hauchdünne photonische Kristallfasern, feinstes Ätzen und komplexe Laser-Aufbauten konnten die Besucher*innen bei den Labortouren bestaunen. Dabei gewährten die Labore der Gruppe ›Quanten-Optoakustik‹ sowie der beiden Technologie- und Serviceeinheiten ›Mikro- und Nanostrukturierung‹ und ›Faserherstellung & Glasstudio‹ seltene Einblicke in das Arbeitsumfeld der Forscher*innen. Den Abschluss des Tages bildete die Vorführung des Dokumentarfilms ›Tracing Light‹, der eindrucksvoll das Phänomen Licht aus wissenschaftlicher und künstlerischer Perspektive beleuchtet – mit Szenen, die unter anderem am MPL gedreht wurden.

Der gemeinsame Aktionstag war ein gelungenes Zusammentreffen und Wechselwirken von Forscher*innen, Museumspädagog*innen und interessierten Menschen aller Altersgruppen und Hintergründe. Der Tag zeigte eindrucksvoll, wie lebendig sich komplexe Wissenschaft vermitteln lässt – und wie sehr der direkte Austausch mit der Öffentlichkeit Begeisterung für Forschung wecken kann.