Förderung für deutsch-französisches Forschungsprojekt zur Quantentechnologie
2. November 2022
In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt will ein Team von deutschen und französischen Forschenden das Rätsel der effektiven Gleichungen in der Quantentechnologie lösen. Dr. Sören Petrat, Mathematik-Professor an der Jacobs University Bremen ist wissenschaftlicher Koordinator des Projekts auf der deutschen Seite.
Für bahnbrechenden Arbeiten in diesem Bereich vergab die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm in diesem Jahr den Physik-Nobelpreis. In der hochkomplexen Quantenphysik können zwei oder mehrere Teilchen miteinander verschränkt und somit voneinander abhängig sein. Was mit einem der Teilchen in einem verschränkten Paar geschieht, bestimmt, was mit dem anderen Teilchen passiert, selbst wenn beide Teilchen weit voneinander entfernt sind.
Dieses Phänomen der Verschränkung gilt es zu kontrollieren, denn es führt dazu, dass die Gleichungen zur Beschreibung realistischer Quantensysteme viel zu kompliziert werden, um sie analytisch oder numerisch zu lösen. Einfachere, sogenannte effektive Gleichungen schaffen hier Abhilfe. „Wenn ich ein Gas oder einfach die Luft in einem Zimmer beschreiben möchte, dann interessiert mich ja meistens nicht die Bewegung jedes einzelnen Atoms. Stattdessen interessieren mich Größen wie Temperatur, Druck, oder Volumen. Dies sind alles Beispiele für effektive Größen,“ erklärt Petrat in einfachen Worten.
In dem Forschungsprojekt untersucht das Team ultrakalte Gase nahe dem absoluten Nullpunkt von minus 273,15 Grad Celsius mathematisch – sogenannte kalte Fermi und Bose Gase, deren Eigenschaften in der Quantentechnologie benutzt werden. „Unser Ziel ist es, solche effektiven Gleichungen rigoros mathematisch herzuleiten“, sagt Petrat. Diese Gleichungen seien etwa unabdingbar für Quantencomputer. „Für mich ist das ein sehr spannendes Forschungsgebiet, weil gerade extrem viele Fortschritte in drei Gebieten zusammenkommen: in der experimentellen Physik, der theoretischen Physik und der Mathematik.“
An dem Forschungsprojekt mit dem Titel „Effektive Näherung und Dynamik von Vielteilchen-Quantensystemen“ sind fünf Wissenschaftler von vier Universitäten beteiligt. Neben Sören Petrat sind dies Professor Dr. Volker Bach, mathematischer Physiker an der TU Braunschweig, sowie die Mathematiker Professor Dr. Sébastien Breteaux und Professor Dr. Jérémy Faupin von der Université de Lorraine und Professor Dr. Zied Ammari von der Université de Rennes. „Wir freuen uns sehr, mit dieser Förderung die lange und erfolgreiche deutsch-französische Zusammenarbeit bei diesem Thema fortsetzen zu können“, so Petrat.
Fragen beantwortet:
Dr. Sören Petrat | Professor für Mathematik
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