Mit Quantenforschung hoch hinaus

Schnittstelle zwischen Weltraum und Labor

Die quantenoptische Bodenstation Marietta Blau in 2265 Metern Höhe steht an einem wissenschaftsgeschichtlich bedeutsamen Ort: Hier gründete der spätere Physik-Nobelpreisträger Victor Franz Hess 1931 eine Forschungsstation zur Beobachtung der von ihm entdeckten kosmischen Höhenstrahlung. Auch die Namenspatronin des unmittelbar neben der historischen Station errichteten Quantenteleskops, Marietta Blau (1894–1970), arbeitete mit Daten vom Hafelekar und machte bahnbrechende Entdeckungen. Eine entsprechende Würdigung ihrer Arbeit blieb der Kernphysikerin jüdischer Herkunft jedoch lange verwehrt.

Die Bodenstation dient der Erforschung weltraumgestützter Quantenkommunikation, wird aber auch von anderen Fachrichtungen der Physik genutzt. Kernstück ist ein Ritchey-Chrétien-Teleskop mit einem 1 Meter großen Spiegel, das Signale von bestehenden und geplanten Quantensatelliten empfangen kann. Diese umkreisen die Erde in ca. 600 km Höhe. Durch den Austausch einzelner Lichtteilchen zwischen einem Satelliten und zwei Bodenstationen können zwei Orte an der Erdoberfläche absolut abhörsicher kommunizieren oder in der Zukunft ihre Quantencomputer vernetzen. 

Der Standort Hafelekar bietet ideale Bedingungen, um die Grundlagen hierfür zu erforschen: Trotz seiner exponierten Lage ist es nahe genug am Campus Technikerstraße und den dort beheimateten Quantenoptiklaboren der Universität Innsbruck, um über Lichtfaserkabel verbunden zu werden. Dadurch sind nicht nur Forschungen zur satellitengestützten Quantenkommunikation möglich, sondern auch zu Quantenschnittstellen, die mit Satelliten gekoppelt werden können. Die Innsbrucker Quantenphysik ist eines der weltweit führenden Forschungszentren im Bereich Quanteninformation und kann sich über dieses Teleskop mittels satellitengestützter Quantenkommunikation mit anderen Zentren in Europa und dem Rest der Welt verbinden.

Zu den durchgeführten Forschungsarbeiten gehören die Quantenkommunikation mit und über Quantensatelliten, Quantensensorik in den Bereichen Atmosphärenwissenschaften und Astrophysik sowie die Verschränkung von entfernten Quantenspeichern und Quantenprozessoren als Schritt in Richtung eines weltumspannenden Quanteninternets.

Anspruchsvolle Errichtungsbedingungen: 
Die Bauteile des Teleskops, darunter der 1 Meter große Spiegel aus Quarzglas sowie die Kuppel, sind insgesamt über fünf Tonnen schwer und mussten in mehreren Hubschrauberflügen hinauftransportiert werden. Eine Mission, die dem engagierten Zusammenwirken verschiedenster Akteur:innen zu verdanken ist. Dazu zählen insbesondere die Stadt Innsbruck, die Nordkettenbahnen sowie das ausführende Architekturbüro  schafferer – architektur und projektmanagement.
Finanziert wurde die Errichtung der Bodenstation über die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG mit Mitteln des Next Generation EU-Programms.