Dimensionen - die Welt der Wissenschaft
Quantenlego mit Laserstrahlen. Wie Forscher/innen mit Licht und Atomen Materie simulieren. Gestaltung: Ralf Krauter
19. Jänner 2016, 19:05
Der US-amerikanische Physiknobelpreisträger und Visionär Richard Feynman hielt 1981 einen viel beachteten Vortrag. Darin schlug er vor, neuartige Rechenmaschinen zu bauen, so genannte Quantensimulatoren, die in der Lage wären, das Verhalten komplexer Vielteilchensysteme vorauszusagen.
Jeder Festkörper ist solch ein Vielteilchensystem. Die elektrischen und magnetischen Eigenschaften eines Kristalls zum Beispiel, ergeben sich durch das Zusammenspiel seiner Millionen von atomaren Bausteinen. Das fundamentale Problem dabei: Weil die Gesetze der Quantenwelt das kollektive Verhalten bestimmen, stoßen konventionelle Computer bei der Berechnung von Materialeigenschaften schnell an ihre Grenzen. Da der Rechenaufwand zur Lösung der zugehörigen Gleichungen exponentiell steigt, werden sogar selbst künftige Generationen von Superrechnern damit überfordert sein. Quantensimulatoren dagegen könnten Abhilfe schaffen. Und 30 Jahre nach Feynmans Vorschlag tun sie das auch schon.
Mit Laserlicht und Atomen bauen Physiker/innen im Labor heute künstliche Kristalle aus tausenden von Atomen zusammen, mit denen sie Prozesse in realen Festkörpern simulieren, um sie besser zu verstehen. Eines ihrer großen Ziele: Endlich zu verstehen, wie die gefragten Hochtemperatur-Supraleiter funktionieren. Die Lichtkristalle liefern Materialforscher/innen bereits heute spannende Einsichten und könnten künftig einmal den Weg zu effizienteren Elektromotoren, schnelleren Datenspeichern und präziseren Atomuhren weisen.
