Aktualitäten 2023

In der Quantenforschung braucht man maßgeschneiderte elektromagnetische Felder, um Teilchen präzise zu kontrollieren. An der TU Wien zeigte man: maschinelles Lernen lässt sich dafür hervorragend nutzen. Mit elektromagnetischen Feldern lassen sich winzige Teilchen manipulieren: Man kann sie einfangen, festhalten, oder an einen bestimmten Ort bewegen.

Exakte Lösungen sind in der Materialphysik oft unmöglich. An der TU Wien wurde nun eine Technik entwickelt, um unlösbare Quanten-Rechnungen auf bestimmten Skalen lösbar zu machen. In der Physik hat man oft mit unterschiedlichen Skalen zu tun, die man getrennt voneinander beschreiben kann: Für die Bahn der Erde um die Sonne ist es völlig egal, ob ein Elefant im Zoo nach links oder nach rechts läuft.

Große Zahlen lassen sich nur mit sehr viel Rechenarbeit in ihre Faktoren zerlegen. Physiker der Universität Innsbruck um Wolfgang Lechner liefern nun einen Bauplan für eine neue Art von Quantencomputer zum Lösen des Faktorisierungsproblems, das ein Eckpfeiler der modernen Kryptographie ist. Die Basis heutiger Computer sind Mikroprozessoren, die sogenannte Gatter ausführen.

Wie teilen sich Quantenteilchen Information? An der TU Wien konnte man eine merkwürdige Vermutung über Quanteninformation experimentell bestätigen. Manche Dinge hängen miteinander zusammen, andere nicht. Wenn man aus einer Menschenmenge willkürlich eine Person auswählt, die deutlich größer ist als der Durchschnitt, dann ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass sie auch mehr wiegt als der Durchschnitt.

Der goldene Mittelweg ist aus Palladium: Mit dem Edelmetall könnte man Supraleiter herstellen, die auch bei relativ hohen Temperaturen supraleitend bleiben, zeigen Rechnungen der TU Wien. Es ist eines der spannendsten Rennen in der modernen Physik: Wie kann man die besten Supraleiter herstellen, die auch bei möglichst hohen Temperaturen und einigermaßen normalem Druck noch supraleitend bleiben? In den letzten Jahren hat mit der Entdeckung der Nickelate eine neue Ära der Supraleitung begonnen.

Geolog*innen liefern wichtigen Puzzlestein zur Frage, wie sich das Mineral Dolomit bildet Eine internationale Forschungsgruppe um den Geologen Patrick Meister von der Universität Wien konnte im Schlamm des Neusiedler Sees erstmals Nanostrukturen des Minerals Dolomit nachweisen. Damit könnte die Wissenschaft der Lösung des "Dolomit-Problems" - also der Frage, wie sich Dolomit aus Sedimenten an der Erdoberfläche bildet - einen entscheidenden Schritt nähergekommen sein.

Quantencomputer rechnen nicht mehr nur mit Null und Eins wie ihr klassisches Gegenstück, sondern unterstützen flexible höherdimensionale Informationskodierung. Physiker der Universität Innsbruck haben nun eine neue Methode demonstriert, um solche hochdimensionalen Informationsträger effizient und mit hoher Güte zu verschränken.

Feststoffe lassen sich durch Erwärmen schmelzen, doch in der Quantenwelt kann es auch umgekehrt sein: Ein Innsbrucker Team von Experimentalphysikern um Francesca Ferlaino zeigt gemeinsam mit Physikern um den Theoretiker Thomas Pohl in der Fachzeitschrift Nature Communications , wie eine Quantenflüssigkeit durch Erwärmen suprafeste Strukturen ausbildet.

Oft ist die einfachste Erklärung die Beste - das gilt auch für die Wissenschaft. So zeigten Forschende von TU Wien und der Toho Universität kürzlich, dass sich eine vermeintliche Quantenspinflüssigkeit mit konventioneller Physik beschreiben lässt. Zwei Jahrzehnte lang glaubte man, in einem synthetisch hergestellten Material eine mögliche Quantenspinflüssigkeit gefunden zu haben.

Von Falko Schoklitsch Eine neuartige Meta-Optik aus Harvard hat in Experimenten der TU Graz ihre Funktionstüchtigkeit bewiesen. Mit ihr ist es möglich, kleinste Strukturen wie Nanopartikel oder Transistoren zu beobachten. Entwickelt in Harvard , erfolgreich getestet an der TU Graz: Eine revolutionäre neue Meta-Optik für Mikroskope mit extrem hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung hat in Labortests am Institut für Experimentalphysik der TU Graz ihre Einsatztauglichkeit bewiesen.

Daten perfekt löschen und die tiefstmögliche Temperatur erreichen - klingt nach völlig unterschiedlichen Aufgaben, ist aber eng miteinander verwoben. An der TU Wien fand man eine Quanten-Formulierung für den dritten Hauptsatz der Thermodynamik. Die absolut niedrigste Temperatur, die Überhaupt möglich ist, liegt bei -273,15 Grad Celsius.

Winzige Strukturen aus Gold können an der TU Wien durch Ionenbeschuss gezielt manipuliert werden - ausschlaggebend ist dabei erstaunlicherweise nicht die Wucht des Einschlags. Normalerweise muss man sich in der Physik entscheiden: Entweder man befasst sich mit großen Dingen - etwa mit einer Metallplatte und ihren Materialeigenschaften, oder mit winzigen Dingen - etwa mit einzelnen Atomen.

Forschern an der ETH Zürich und dem TII Abu Dhabi ist es mit Unterstützung von Innsbrucker Quantenphysikern gelungen, die Bewegung eines winzigen Glaskügelchens in zwei Richtungen gleichzeitig in den Quanten-Grundzustand abzukühlen. Dies stellt einen entscheidenden Schritt auf dem Weg zu einer 3D-Grundzustandskühlung eines massiven Teilchens dar und eröffnet neue Möglichkeiten für den Bau von hochempfindlichen Sensoren.

Von Susanne Filzwieser Wie aus einer anderen Welt wirken die wabenförmigen Muster, die oft in Salzwüsten unter anderem im Death Valley und in Chile vorkommen. Forschende, u.a. von der TU Graz, erklären erstmals die Entstehung der rätselhaften Muster. Rund um den Globus bilden sich in Salzwüsten wabenförmige Muster, etwa im Badwater Basin des Death Valley i n Kalifornien oder im Salar de Uyuni in Chile.

Mit maßgeschneiderten Laser-Lichtfeldern kann man die Bewegung mehrerer Teilchen verlangsamen und diese damit auf extrem tiefe Temperaturen abkühlen - das zeigt ein Team der TU Wien. Laser zu verwenden, um Atome abzubremsen, ist eine Technik, die schon lange verwendet wird: Wenn man Tieftemperatur-Weltrekorde im Bereich des absoluten Temperatur-Nullpunkts erzielen möchte, greift man auf Laser-Kühlung zurück, bei der den Atomen mit einem passenden Laserstrahl Energie entzogen wird.

Zeitliche Entwicklung eines einzelnen Photons mit universellem Rewinding-Protokoll und Quantenswitch umgekehrt In der Welt um uns herum scheinen Prozesse einer bestimmten Zeitrichtung zu folgen: Löwenzahnblüten werden zu Pusteblumen. Die Quantenwelt hält sich jedoch nicht an dieselben Regeln. Physiker*innen der Universität Wien und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften haben nun gezeigt, dass sich in bestimmten Quantensystemen die Zeitrichtung von Prozessen umkehren lässt.

Gefangene Ionen wurden bisher nur über kurze Distanz im Labor miteinander verschränkt. Nun haben die Teams um Tracy Northup und Ben Lanyon an der Universität Innsbruck zwei Ionen über eine Distanz von 230 Metern Luftlinie miteinander verschränkt. Die Knoten des Netzwerks waren in zwei Labors am Campus Technik untergebracht.

Weltweit forschen Staaten und Konzerne an einer völlig neuen Art von Computern - den Quantencomputern. Doch der Weg bis zur Nutzbarkeit ist mühsam. Forscher*innen der Johannes Kepler Universität Linz ist es im Rahmen einer internationalen Kooperation gelungen, einen Fortschritt bei der Speicherfähigkeit von Quanteninformation zu erzielen.

Die Quantennatur von mit bloßem Auge sichtbaren Objekten ist aktuell eine vieldiskutierte Forschungsfrage. Ein Team um den Innsbrucker Physiker Gerhard Kirchmair hat nun im Labor eine neue Methode demonstriert, die die Quanteneigenschaften von makroskopischen Objekten leichter als bisher zugänglich machen könnte.

Von Birgit Baustädter Die TU Graz und der japanische Analysegeräthersteller JEOL eröffneten im Jänner 2023 das neu gestaltete JEOL Application Lab mit gänzlich neuen Kernspinresonanzund Massenspektrometern. Grundlagenforschung, angewandte Forschung und Kooperationsprojekte mit Unternehmen stehen am Forschungsprogramm der Fakultät für Technische Chemie, Verfahrenstechnik und Biotechnologie der TU Graz.