Dicht bestücktes Labor mit Laserkomponenten und Kabelverbindungen auf einem Tisch.

Quantenphysik

Ohne die Quantenmechanik wären viele Errungenschaften, die für uns selbstverständlich sind, kaum vorstellbar. Es gäbe keine Computer und Smartphones wie wir sie kennen, und auch keine Laser oder Leuchtdioden. Für die Entwicklung neuer Werkstoffe und Medikamente fehlte ein wichtiges Werkzeug. Und von Quantenkryptografie und Quantencomputern, an denen derzeit weltweit viele Forschungseinrichtungen und Unternehmen arbeiten, wäre schon gar nicht die Rede. Ganz zu schweigen davon, dass unserem Weltbild eine faszinierende Facette fehlte, nämlich der tiefe Einblick in die Mikrowelt. Genug Motivation also auch für zahlreiche Max-Planck-Forschende, sich der Quantenphysik zu widmen. Sie legen nicht nur Grundlagen für technische Neuerungen etwa in der Quanteninformationstechnologie, sie präsentieren auch immer wieder überraschende Einsichten in die Welt des Allerkleinsten.

Mit der „Quantum Materials – Rice and Max Planck Partnership“ stärken sie die weltweite Führungsrolle im Bereich Quantenmaterialien und -technologie mehr

In der theoretischen Physik wird häufig vereinfachend angenommen, dass Systeme vollständig von ihrer Umwelt isoliert sind. Wir gehen einen anderen Weg und beziehen die Wechselwirkung mit der Umgebung explizit durch sogenannte nicht-hermitesche Beschreibungen ein. Besonders spannend ist dabei das Auftreten sogenannter exzeptioneller Punkte („EPs“), die mit faszinierenden physikalischen Eigenschaften und Anwendungen einhergehen – etwa in Form von hochsensiblen Sensoren. Gemeinsam mit zwei experimentellen Gruppen unseres Instituts haben wir gezeigt, dass solche Punkte auch in Glasfasern durch stimulierte Brillouin-Streuung sowie in Kerr-Resonatoren auftreten können, wo sie den Beginn exotischer Phänomene markieren. mehr

Fermionen sind Teilchen, deren Zusammenspiel die Eigenschaften vieler Materialien bestimmt – etwa von Supraleitern, die Strom verlustfrei leiten können. Diese stark gekoppelten Systeme lassen sich mit klassischen Computern kaum berechnen. Forschenden am Max-Planck-Institut für Quantenoptik ist nun ein wichtiger Durchbruch gelungen: Sie realisierten hochpräzise Verschränkungsgatter für fermionische Atome. Dabei werden digitale und analoge Methoden kombiniert, um Materialien auf atomarer Ebene mit ultrakalten Gasen zu simulieren. Der Erfolg eröffnet neue Möglichkeiten für hybride Quantenschaltkreise und könnte langfristig leistungsfähigere Quantentechnologien ermöglichen. mehr

Das KATRIN-Experiment hat eine neue, bisher unerreichte Obergrenze von 8⋅10–37 kg (entspricht einer Energie von 0,45 eV) für die Neutrinomasse festgelegt. Sie wurde direkt und modellunabhängig mittels Spektroskopie von Elektronen aus dem Tritium-Betazerfall bestimmt. Die Datennahme wurde im Oktober 2025 nach insgesamt 1000 Messtagen abgeschlossen. Aus deren Analyse wird eine nochmals 1,5-fach höhere Empfindlichkeit erwartet. Im Jahr 2026 wird mit Inbetriebnahme des neuen TRISTAN-Detektors als Teil der KATRIN-Strahlführung das Experiment auf die Suche nach sterilen Neutrinos, ein möglicher Kandidat für dunkle Materie, erweitert. mehr

Die Bewegung von Atomen ist entscheidend für chemische und strukturelle Umwandlungen in Molekülen. Aktuelle Forschungen ermöglichen es, molekulare Schwingungen in einzelnen Graphen-Nanobändern mithilfe von Femtosekunden-Kohärenter-Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie zu untersuchen. Diese Methoden bieten neue Perspektiven zur Beobachtung und Steuerung atomarer Bewegungen und unterstützen das Verständnis komplexer Licht-Materie-Wechselwirkungen. mehr

Metallische Einzel-Elektronen-Bauelemente lassen sich als hochempfindliche lokale Elektrometer und primäre Thermometer einsetzen. Sie funktionieren bei tiefen Temperaturen und zeigen keine Abhängigkeiten von angelegten hohen Magnetfeldern. So sind sie ideale Sensoren, um die elektronischen und thermodynamischen Eigenschaften von Quantenmaterialien zu studieren. mehr

Schwarze Löcher haben ein Gedächtnis. Je mehr Erinnerungen schwarze Löcher speichern, desto stabiler sind sie. Zudem macht sie die Last der Informationen, die sie tragen, widerstandsfähiger gegen Einflüsse von außen – und wirkt sich direkt auf ihre Entwicklung aus. Dies nennen wir den „Swift-memory-burden-Effekt“ – ein Phänomen, das nun der Forschung die einzigartige Möglichkeit gibt, Erkenntnisse über die Struktur dieser mysteriösen Objekte zu gewinnen. mehr

Die Ausgründung aus dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik gewinnt mit ihrem Ansatz für einen leistungsfähigen und zuverlässigen Quantencomputer in der Kategorie StartUp mehr

Supraleitung bietet revolutionäre technologische Möglichkeiten und ein faszinierendes Rätsel für unser grundlegendes Verständnis der Materialphysik. Die jüngste Verwirklichung einer jahrzehntealten Vorhersage für nickelbasierte Supraleiter könnte wichtige Anhaltspunkte dafür liefern, wie die Supraleitung bei relativ hohen Temperaturen stabilisiert werden kann. Dort wäre sie technologisch am nützlichsten. Unsere Gruppe kombiniert interdisziplinäre experimentelle Ansätze in einem globalen Kooperationsnetzwerk, um Nickelat-Supraleiter zu erforschen. Vielleicht entdecken wir so auch neue, vielversprechende Verbindungen. mehr

Infrarot-Spektren von Blutproben, die mit maschinellem Lernen interpretiert werden, ermöglichen die Früherkennung von Diabetes, Bluthochdruck und verschiedenen Krebserkrankungen mehr

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Bislang unterschied die Physik Teilchen zwischen Fermionen und Bosonen, jetzt gibt es Hinweise auf eine dritte Art mehr

Mithilfe einer einzigen Infrarotlichtmessung und maschinellem Lernen lassen sich unter anderem Stoffwechselstörungen und Bluthochdruck erkennen mehr

Andriy Styervoyedov spricht darüber, wie ein neuer deutsch-ukrainischer Exzellenzkern zum Wiederaufbau der ukrainischen Forschung beitragen soll  mehr

Ferenc Krausz hat am 10. Dezember 2023 den Physik-Nobelpreis in Stockholm erhalten mehr

Bundesministerium fördert deutsch-ukrainischen Exzellenzkern für die Spintronik-Forschung mehr

Der Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik wird für seine Beiträge zur Attosekundenphysik ausgezeichnet mehr

Stuart Parkin als Clarivate Citation Laureate ausgezeichnet mehr

Eine neue Methode, um Gase aus polaren Molekülen bis nahe dem absoluten Nullpunkt abzukühlen, ebnet den Weg, um Quanteneffekte exotischer Materieformen zu untersuchen mehr

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In der Quantenmechanik blickt die Max-Planck-Gesellschaft auf eine lange Tradition zurück und begleitet die Hundertjahrfeier mit einem vielfältigen Programm mehr

Wissenschaftliche Hintergründe aus dem Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts zum Film „Tracing Light“ mehr

2022 ist das Garchinger Start-up planqc, eine Ausgründung des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik, in das Rennen um Quantencomputer eingestiegen – mit einem eigenen technischen Konzept. 2027 sollen die ersten Quantenrechner des Unternehmens betriebsbereit sein mehr

Elektronen kitten die Welt zusammen: Wenn in chemischen Reaktionen neue Substanzen entstehen, spielen sie die Hauptrolle. Und auch in der Elektronik stellen sie die Protagonisten mehr

Forschungshighlights 2021

21. Dezember 2021

Max-Planck-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben 2021 viele hochkarätige Veröffentlichungen publiziert. Wir haben eine Auswahl getroffen und stellen Ihnen zwölf Highlights vor. Ein Rückblick auf ein turbulentes Jahr 2021 mehr

Forschungshighlights 2020

21. Dezember 2020

Max-Planck-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben 2020 viele hochkarätige Veröffentlichungen publiziert. Wir haben eine Auswahl getroffen und stellen Ihnen 13 Highlights vor. Ein Rückblick mehr

Im Max-Planck-RIKEN-PTB-Center untersuchen Physiker, ob die Naturkonstanten konstant sind und warum es mehr Materie als Antimaterie gibt mehr

Antiskyrmionen könnten einen Datenspeicher ermöglichen, der schnell, robust und sparsam im Energieverbrauch ist mehr

Mit einem plasmonischen Nanosensor lassen sich Enzyme und ihre Bewegungen ohne Marker beobachten mehr

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In diesem Video unterhalten sich Ferenc Krausz (Nobelpreis für Physik 2023) und Harald Lesch über die Attosekundenphysik und über ihre möglichen Anwendungsmöglichkeiten in der Medizin. mehr

Mitschnitt der Pressekonferenz mit Physik-Nobelpreisträger Ferenc Krausz vom 3. Oktober 2023 . mehr

In der Quantenkommunikation kann der Empfänger einer Nachricht feststellen, ob die Übertragung abgehört wurde. Möglich machen das die merkwürdigen Gesetze der Quantenphysik. mehr

Eine Attosekunde ist ein Millardstel einer Millardstel Sekunde. Kaum vorstellbar? Diese Animation erklärt es anschaubar.Ferenc Krausz vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik gilt als einer der Begründer der Attosekunden-Physik. Für seine Forschung erhält er den Physik-Nobelpreis 2023.  (Aktualisiert am 3. Oktober 2023) mehr

Dieser Film beschreibt die physikalischen Grundlagen einfach und verständlich. mehr

Ferenc Krausz gilt als Begründer der Attosekundenphysik. Sein Ziel es ist, neue Lasertechniken zu entwickeln, um die Bewegung von Elektronen in Atomen, Molekülen und Festkörpern in Echtzeit zu verfolgen und so quantenmechanische Prozesse direkt zu beobachten. Dieser neue Film erklärt die Forschungsarbeiten des Direktors vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in München.Ferenc Krausz erhält den Physik-Nobelpreis 2023 mehr

Wie tief können wir mit optischen Mikroskopen in die Details des Sichtbaren vordringen? Bislang galt das von Ernst Abbe schon 1873 formulierte Gesetz als Untergrenze. Objekte, die enger als 200 Millionstel Millimeter, also etwa das Zweihundertstel einer Haaresbreite, nebeneinander liegen, können im Bild nicht mehr unterschieden werden. Grund dafür ist die Wellennatur des Lichts, dessen halbe Wellenlänge in etwa diesen 200 Nanometern entspricht. Die vom Physiker Stefan Hell erfundene und zur Anwendungsreife entwickelte STED-Mikroskopie ermöglicht Forschern Einblicke in die Nanowelt weit jenseits dieser Grenze. Dies wissen insbesondere Biologen und Physiologen zu schätzen, da sich lebende Zellen oder Gewebe nur mit Lichtmikroskopen beobachten lassen. So gelang es Hirnforschern 2008 mit der neuen Auflösung von nur noch einigen Dutzend Nanometern erstmals, die Bewegungen winziger Synapsenbestandteile in lebenden Nervenzellen sichtbar zu machen. Darüber hinaus eröffnet die STED-Technik auch vielversprechende Perspektiven für die Weiterentwicklung optischer Speichermedien. Für seine Entdeckung erhielt Stefan Hell 2014 den Chemie-Nobelpreis. mehr

Dem Physiker Ferenc Krausz gelang es zum ersten Mal mit Hilfe von Attosekunden-Lichtpulsen, die Bewegung atomarer Elektronen abzubilden und zu messen. Für diese Leistung, die den Beginn der Attosekundenphysik markierte, erhielt er 2023 gemeinsam mit Pierre Agostini und Anne L‘Huillier den Nobelpreis für Physik. mehr

Quantencomputer könnten schon bald die heute üblichen Verschlüsselungsverfahren knacken — und damit die Sicherheit unserer Daten gefährden. Die Post-Quanten-Kryptografie soll uns auf diese Herausforderung vorbereiten. Was steckt hinter dieser Technologie? mehr

Es gibt viele Informationen, die andere nicht mitlesen sollen. Quantenkryptographie könnte absoluten Abhörschutz bieten, ist aber noch nicht effizient genug. Eine Forschungsgruppe um Gerhard Rempe am Max-Planck-Institut für Quantenoptik ist der perfekten Verschlüsselung ein Stück näher gekommen mehr

Zwei Punkte, die enger als 200 Nanometer beieinanderliegen – das entspricht in etwa dem Zweihundertstel einer Haaresbreite –, können mit Lichtmikroskopen nicht mehr unterschieden werden. Grund dafür ist die Wellennatur des Lichts, dessen halbe Wellenlänge in etwa diesen 200 Nanometern entspricht. Doch die vom Physiker Stefan Hell entwickelte STED-Mikroskopie umgeht mit einem chemischen Trick diese magische Grenze und ermöglicht Forschenden neue faszinierende Einblicke in die Nanowelt lebender Zellen. Für diese Pionierarbeit auf dem Gebiet der Fluoreszenzmikroskopie zeichnete ihn das Nobelpreis-Komitee in Stockholm 2014 zusammen mit Eric Betzig und William E. Moerner mit dem Nobelpreis für Chemie aus. mehr

Ursprünglich wollte Ted Hänsch, wie ihn seine Freunde nennen, Kernphysiker werden, aber dann zog ihn eine neue Lichtquelle in den Bann, die ihn für den Rest seines Lebens nicht mehr loslassen sollte: der Laser. Fast vierzig Jahre später bekommt er 2005 für eine auf Lasern basierende Technik den Physik-Nobelpreis zuerkannt. Die eigentlichen Arbeiten dazu führte Hänsch Ende der 1990er-Jahre am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching durch. Zuvor hatte er als Associate und später als Full Professor an der Stanford University in den USA geforscht. Der von ihm entwickelte optische "Frequenzkamm-Synthesizer" ermöglicht erstmals, die Zahl der Lichtschwingungen pro Sekunde genau zu zählen und Lichtwellenlängen so exakt zu bestimmen. Er funktioniert wie eine Art Lineal: Soll die Frequenz einer bestimmten Strahlung bestimmt werden, so vergleicht man sie mit den extrem scharfen Spektrallinien des Kamms, bis man die "passende" findet. Der Frequenzkamm dient heute in zahlreichen Labors weltweit als Basis für optische Frequenzmessungen. mehr

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