Manoj Kumar Joshi, der acht Jahre lang als Forscher am IQOQI Innsbruck tätig war, erhält für seine Beiträge bei Entwicklung und Demonstration skalierbarer Quantensimulationen mit gefangenen Ionen den Infosys-Preis 2026 in Physik. Der Preis ist eine der höchsten Auszeichnungen Indiens für herausragende Forscher unter 40 Jahren. Er ist mit einem Preisgeld von 100.000 US-Dollar dotiert und wird am 9. Januar 2027 in Bengaluru verliehen.
Quantensimulatoren sind spezielle Quantencomputer, die zur Untersuchung komplexer Vielteilchensysteme konzipiert sind, darunter auch Probleme, die mit den leistungsstärksten klassischen Computern von heute nicht gelöst werden können. Indem sie solche Phänomene für kontrollierte Experimente zugänglich machen, verbinden sie die Grundlagenphysik mit neuen Quantentechnologien. Ein Großteil der nun von der Infosys Science Foundation ausgezeichneten Arbeiten von Manoj Kumar Joshi, entstand mit den Forschungsgruppen von Rainer Blatt und Christian Roos in den Ionenfallenlabors am IQOQI Innsbruck.
Von 20 auf über 50 Qubits
Joshis Entwicklungen in den Bereichen Kühlung, individuelle Steuerung und Messung langer Ionenketten trugen dazu bei, programmierbare Quantensimulatoren von etwa 20 auf mehr als 50 Qubits zu skalieren. Dadurch wurden sowohl die Leistungsfähigkeit der Simulatoren als auch die physikalischen Phänomene, die sie erforschen können, erweitert.
Auf dieser Grundlage war Manoj Kumar Joshi an einer Reihe wichtiger Experimente beteiligt. So trug er experimentell dazu bei, das Schwinger-Modell – ein paradigmatisches Modell der Gitter-Eichtheorie – in einer selbstüberprüfenden variationalen Quantensimulation zu realisieren. Außerdem leitete er die experimentellen Arbeiten zur Beobachtung des Quanten-Mpemba-Effekts. Bei diesem kontraintuitiven Phänomen stellt ein Quantenzustand, dessen Symmetrie anfangs stärker gebrochen ist, diese Symmetrie schneller wieder her als ein Zustand, dessen Symmetrie nur schwach gebrochen ist.
„Manoj verbindet bemerkenswerte experimentelle Fähigkeiten mit einer tiefen Neugier für die zugrundeliegende Physik“, sagt Rainer Blatt. „Seine Arbeit war entscheidend dafür, dass wir unsere Quantensimulatoren auf mehr als 50 Ionen skalieren und damit Fragen untersuchen konnten, die zuvor experimentell nicht erreichbar waren. Wir freuen uns sehr, dass seine Beiträge mit dieser Auszeichnung gewürdigt werden.“
Verschränkung in einem Simulator mit 51 Ionen
Eine zentrale Errungenschaft ist seine wegweisende Rolle bei der Rekonstruktion von Verschränkungs-Hamilton-Operatoren in einem Quantensimulator mit 51 Ionen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Teilsysteme mit bis zu 20 Knoten charakterisiert und aufgezeigt, wie verschiedene Teile eines großen Quantensystems miteinander verschränkt sind. Dabei wurden Vorhersagen des an Gittersysteme angepassten Bisognano-Wichmann-Theorems aus der Quantenfeldtheorie überprüft. Zudem wurde der Übergang vom Flächengesetz zum Volumengesetz der Verschränkung sichtbar gemacht.
Zu seinen weiteren Beiträgen aus seiner Zeit in Innsbruck zählen Untersuchungen zur emergenten Hydrodynamik in einem Quantenmagneten mit langreichweitigen Wechselwirkungen, zum Scrambling von Quanteninformation sowie zur quantenverstärkten Detektion optischer Übergänge.
Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, wie mit skalierbarer Quantenhardware und neuen Messverfahren abstrakte theoretische Ideen in experimentell nachweisbare physikalische Phänomene umgesetzt werden können.
Zur Person
Joshi wuchs in Uttarakhand, Indien, auf. Er erwarb einen Bachelor-Abschluss an der Kumaun-Universität, einen M.Sc. in Physik an der G.B. Pant University of Agriculture and Technology sowie ein Postgraduierten-Diplom in Physik am Homi Bhabha National Institute. Anschließend arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Bhabha Atomic Research Centre in Mumbai.
Im Jahr 2014 wechselte Joshi als Marie-Curie-Nachwuchswissenschaftler an das Imperial College London. Dort promovierte er 2018 bei Richard Thompson über die kohärente Dynamik gefangener Ionen. Von 2018 bis 2026 war er als Forscher am IQOQI Innsbruck tätig. Im April 2026 wurde er Assistenzprofessor an der Singapore University of Technology and Design, wo er Quantentechnologien der nächsten Generation auf der Grundlage groß angelegter Arrays aus gefangenen Ionen entwickelt. Seine Forschung verbindet die skalierbare Steuerung gefangener Ionen, Quantensimulation, die Charakterisierung von Verschränkung und Quantensensorik.