Ihre Experimente hätten den Grundstein für eine neue Ära der Quantentechnologie gelegt, begründete die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm ihre Entscheidung. Die drei Laureaten hätten mit bahnbrechenden Experimenten gezeigt, dass es möglich ist, Teilchen zu untersuchen und zu kontrollieren, die sich in verschränkten Zuständen befinden.

Grundlage für Quantencomputer

In der Quantenphysik können zwei oder mehr Teilchen miteinander verschränkt sein. Das bedeutet: Ihre Zustände sind voneinander abhängig. Was mit einem der Teilchen in einem verschränkten Paar geschieht, bestimmt, was mit dem anderen Teilchen geschieht. Das gilt auch, wenn beide Teilchen weit voneinander entfernt sind. Albert Einstein lehnte dieses Phänomen ab und bezeichnete sie als "spukhafte Fernwirkung".

Alain Aspect, John Clauser und Anton Zeilinger konnten jedoch zeigen, dass Teilchen tatsächlich verschränkt sein können und sich beobachten lassen. Das brachte die hochkomplexe und für viele mysteriöse Quantenmechanik auf den Weg zur praktischen Anwendung. Inzwischen wird an Quantencomputern, Quantennetzen und sicher verschlüsselter Quantenkommunikation geforscht, die versprechen, viel leistungsfähiger als bisherige Technologien zu werden.

Experimente beweisen Verschränkung von Teilchen

Preisträger John Clauser (79), der unter anderem an der New Yorker Columbia University forschte, wurde vor allem für den experimentellen Nachweis geehrt, dass der verschränkte Zustand nicht durch irgendwelche unbekannten Parameter erzeugt wird. Dies war eine lange diskutierte mögliche Erklärung. Mit seinen Experimenten bestätigte er die Quantenmechanik. Der französische Physiker Alain Aspect (75) von der Université Paris-Saclay und der École polytechnique Palaiseau verfeinerte die experimentellen Messungen von Clauser, so dass weiter bestehende Zweifel an der Theorie ausgeräumt werden konnten. Beide untersuchten in ihren Experimenten die Polarisation von Photonen.

Übertragung mit Quantenteleportation

Quantenforscher Anton Zeilinger

Das tat auch Anton Zeilinger (77), Professor an der Universität Wien, der mithilfe von Laserlicht verschränkte Photonen schuf. Seine Forschungsgruppe wies unter anderem ein Phänomen namens Quantenteleportation nach. Damit ist es möglich, einen Quantenzustand von einem Teilchen auf ein anderes zu übertragen, das sich in einer gewissen Entfernung befindet. Die Experimente trugen ihm in Anlehnung an die Serie „Star Trek“ den Spitznamen „Mr. Beam“ ein. Die Quantenteleportation habe ihn völlig verblüfft, sagte Zeilinger in einem Interview zu seinem 75. Geburtstag: „Das hat mich damals von den Socken gehauen und haut mich heute noch von den Socken.“

Gut eine Stunde vor der öffentlichen Verkündung hatte die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften ihm mitgeteilt, dass er zu den diesjährigen Preisträgern zählt. „Dieser Preis ist eine Ermutigung für junge Menschen - er wäre nicht möglich ohne die mehr als 100 jungen Menschen, die über die Jahre hinweg mit mir gearbeitet haben“, sagte Zeilinger.

Physik-Nobelpreis 2021 an Komplexitätsforscher

Im vergangenen Jahr ging die Auszeichnung an drei Wissenschaftler, die mit ihrer Arbeit zu einem besseren Verständnis komplexer Phänomene der Natur beigetragen haben. Einer von ihnen war Klaus Hasselmann, ehemaliger Direktor des Max-Planck-Instituts für Meteorologie in Hamburg. Er entwickelte ein Modell, das Wetter und Klima miteinander verknüpft. Damit konnte er zeigen, dass das Klima zuverlässig modelliert werden kann, obwohl das Wetter oft wechselhaft und chaotisch ist.

Deutsche Physik-Nobelpreisträger