Das Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI)

Die Quantenphysik beschäftigt sich mit fundamentalen physikalischen Grundfragen, wie der Existenz von Überlagerungszuständen oder der Verschränkung von Quantenzuständen und deren Bedeutung für Anwendungen. Die theoretische und experimentelle Forschung hat seit den Entdeckungen Max Plancks eine aufregende Entwicklung genommen und Wissenschaftler sind heute in der Lage, Quantensysteme aus Photonen, einzelnen oder wenigen Ionen und Atomen, außerordentlich exakt zu kontrollieren. Die Hinwendung der Quantenphysik zur Informationstechnologie verheißt für die Zukunft vielversprechende Anwendungen, wie die Entwicklung von Quantencomputern, Quantenkryptographie oder Quantenmesstechnik.

Enge Zusammenarbeit von Theorie und Experiment

Das neue Fachgebiet der Quanteninformation ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt einer der am stärksten expandierenden Bereiche in der Physik. Es hat sich während der vergangenen zehn Jahre herangebildet und ist an der Schnittstelle von Quantenphysik, Mathematik und Informatik angesiedelt. Gegenstand ist die Informationsverarbeitung nach den Regeln der Quantenphysik. Die neue Wissenschaft geht damit weit über die bisher bekannte ?klassische Informatik? hinaus. Quanteninformationsverarbeitung umfasst sowohl das Rechnen (Quantencomputer) als auch die Nachrichtenübertragung (Quantenkommunikation) mit quantenphysikalischen Methoden und ist daher ein sehr interdisziplinäres Fachgebiet, das die enge Zusammenarbeit von Theorie und Experiment erfordert. Als Quantenoptik bezeichnet man das Fachgebiet der Physik, das sich mit den quantenphysikalischen Phänomenen einzelner Lichtteilchen (Photonen) und deren Wechselwirkung mit Materie, insbesondere mit einzelnen Atomen befasst. Systeme weniger Atome und Photonen werden seit etwa zwanzig Jahren intensiv für quantenphysikalische Grundlagenexperimente untersucht. Solche Systeme können seit einigen Jahren experimentell sehr gut kontrolliert und manipuliert werden, so dass sie für Experimente zum Verständnis der Quantenphysik besonders gut geeignet sind.

Standorte in Innsbruck und Wien

Im November 2003 wurde das Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (IQOQI) gegründet. Das Institut besteht aus einer Abteilung in Innsbruck mit Arbeitsgruppen um die wissenschaftlichen Direktoren R. Blatt und R. Grimm (Experimentalphysik), H. Briegel und P. Zoller (Theoretische Physik) und einer Abteilung in Wien mit A. Zeilinger (Experimentalphysik) als wissenschaftlichem Direktor. Das gemeinsame Institut ist für die Bündelung der Aktivitäten in Wien und in Innsbruck wesentlich.

Das Ziel dieser Neugründung war es, ein unabhängiges Forschungsinstitut der Akademie mit direkter Querverbindung zur Universität zu schaffen, in dessen Rahmen sich Akademieinstitut und Universität in Forschung und Lehre ergänzen. Vorbild für das Akademieinstitut waren, sowohl vom Anspruch der Forschungsleistungen als auch der Struktur, die Max Planck Institute in Deutschland ? mit einem deutlich stärkeren Standbein auf eingeworbenen Forschungsmitteln. Durch die Anbindung an die Universität, insbesondere auch durch die räumliche Nähe, soll ein enger Austausch besonders auf der Ebene der Studierenden und der Postdoktoranden angeregt und eine Integration der Mitglieder des Akademieinstitutes in den Lehrbetrieb der Universität erreicht werden.

Rahmen für fokussierte Forschung

Die Ziele und das Profil des Instituts sind gekennzeichnet durch umfassende Grundlagenforschung, theoretisch und experimentell, auf dem Gebiet der Quanteninformation und der Quantenoptik. Neben den theoretisch formalen Grundlagen der Quanteninformation (AG Briegel) werden insbesondere theoretische Konzepte für die Realisierung und Implementierung von Quantencomputern (AG Zoller) und Quantenprotokollen (AG Briegel, Zoller) untersucht. Die experimentellen Arbeiten befassen sich mit quantenoptischen Experimenten und der Realisierung von Quantencomputern auf der Basis einzelner gespeicherter Ionen (AG Blatt), Experimenten mit Bose-Einstein-Kondensaten und suprafluiden Fermigasen bei extrem niedrigen Temperaturen (AG Grimm) sowie grundlegenden Experimenten mit Photonen und deren Anwendung für den Bereich der Quantenkommunikation (AG Zeilinger). Durch die enge Zusammenarbeit dieser Arbeitsgruppen ergeben sich große Synergieeffekte, so dass das Institut für Quanteninformation und Quantenoptik

• einen Rahmen für fokussierte Forschung bietet
• langfristige Projekte mit großem Zeithorizont ermöglicht
• die universitäre Forschung ergänzt
• mit der Industrie Quantentechnologien entwickelt
• eine Plattform für international geförderte Forschung darstellt
• ein Zentrum für internationale Gastwissenschaftler bietet
• jungen Forschern ermöglicht, ein eigenes Forschungsprofil zu entwickeln

Ein zentraler Aspekt ist die Jungforscherförderung: Innerhalb der Arbeitsgruppen soll es jungen Forschern ermöglicht werden, sich in hochkarätiger Umgebung wissenschaftlich zu profilieren. Wunschziel und Plan für die nächsten Jahre ist die Errichtung von unabhängigen, jedoch zeitlich begrenzten Jungforschergruppen, für die das Akademieinstitut sowohl personell als auch räumlich eine Grundausstattung bereitstellt und die durch einzuwerbende Drittmittel ergänzt werden soll.

The objectives and the profile of the institute center on comprehensive basic research, at theoretical and experimental level, in the area of quantum information and quantum optics.