Kopf der Woche: Rainer Blatt

Zusammen mit einer Gruppe von Wissenschaftlern, darunter auch ein Physiker aus den USA, ist es Univ.-Prof. Dr. Rainer Blatt vor kurzem gelungen, die Teleportation des Quantenzustands eines Atoms zu einem zweiten Atom zu demonstrieren. Dies ist das erste Mal, dass tatsächlich der Zustand eines atomaren Teilchens (im Gegensatz zu Lichtstrahlen) in vollständig kontrollierter Weise teleportiert wurde.
Rainer Blatt
Bild: Rainer Blatt

"Die Voraussetzung für diese Experimente war in erster Linie die Entwicklung eines Quantencomputers mit mindestens drei so genannten Qubits (Quantenbits, das ist die kleinste Einheit der Quanteninformation), ein Schritt, der den Wissenschaftlern erst im Laufe des vergangenen Jahres gelang", betont der 1952 in Idar-Oberstein, Deutschland, geborene Wissenschaftler. Nachdem drei gespeicherte Ionen (als ein Quantenregister) experimentell beherrscht und programmierbar verfügbar waren, konnte das Teleportationskonzept, das ursprünglich von C. Bennett von IBM im Jahre 1993 entwickelt wurde und das die Gruppe um A. Zeilinger 1997 in Innsbruck dann erstmals mit Photonen experimentell bestätigte, nun zum ersten Mal mit einem "Cirac-Zoller" Quantencomputer realisiert werden.
Das "Teleportationsexperiment", das mit Hilfe des Quantencomputers durchgeführt wird, ist aber nur ein Experiment aus einer ganzen Reihe von Untersuchungen. "Das Konzept des Quantencomputers, den wir in den vergangenen Jahren hier in Innsbruck gebaut haben, stammt von Prof. Peter Zoller vom Institut für Theoretische Physik und Prof. Ignacio Cirac (damals ebenfalls Institut für Theoretische Physik in Innsbruck, jetzt MPQ Garching), die diese Idee im Jahre 1995 publiziert haben und die Grundlagen sowie zahlreiche Anwendungen hierzu in den vergangenen Jahren entwickelt haben.
"Dazu hat meine Gruppe in den zurückliegenden Jahren die experimentelle Umsetzung geliefert, so dass nun in den vergangenen zwei bis drei Jahren viele Konzepte der Quanteninformation realisiert werden konnten, wie zum Beispiel auch die Teleportation als eine Möglichkeit, Quanteninformation zu übertragen", erklärt Blatt die Hintergründe seiner Forschungsarbeiten. Herausforderungen
"Experimente dieser Art benötigen aber auch eine Forschungsgruppe mit verschiedensten Fertigkeiten, um die experimentellen Arbeiten durchführen zu können", so Prof. Blatt über die besonderen Anforderungen des Projekts. Weiters benötigte man neben hoch stabilisierten Lasern, das sind Laser mit einer Frequenzschwankung von ca. 10-14 im Sekundenbereich, höchstentwickelte Software- und Hardware-Techniken sowie einen vergleichsweise großen Kontrollaufwand, um die Experimente durchzuführen. Alle diese Arbeiten wurden in den vergangenen Jahren in langer Team-Arbeit entwickelt und haben in den letzten zwei Jahren zu einigen spektakulären Ergebnissen geführt, die nun gezielt eingesetzt werden, um einen Quantencomputer mit noch mehr Quantenbits und größerer Kapazität zu realisieren.
"Die Teleportation ist nun das jüngste und vielleicht auch das publikumswirksamste, sicherlich aber nicht das wichtigste Ergebnis", kommentiert Blatt den Medienrummel, der nach der Veröffentlichung der Forschungsergebnisse einige Tage herrschte.

Das Team
Das gesamte Forschungsprogramm zum Thema "Quantencomputer" wird im Rahmen des Spezialforschungsbereiches SFB 015 des FWF (Control and Measurement of Coherent Quantum Systems) durchgeführt und wird durch den FWF, das bm:bwk, ARDA, der IQI G.m.b.H und der ÖAW (im Rahmen des Akademieinstituts für Quantenoptik und Quanteninformation, IQOQI), gefördert.
Der SFB bündelt die gesamten Arbeiten in der Quantenoptik und Quanteninformation in Österreich und besteht aus den Arbeitsgruppen rund um die Professoren Zoller, Grimm, Ritsch sowie Blatts AG in Innsbruck, der AG von Prof. Zeilinger (Univ. Wien) und Prof. Rauch (TU Wien). Hinzu kamen im vergangenen Jahr auch die AG von Prof. Briegel und Prof. Zwerger, die ebenfalls in diesem Bereich tätig sind. "Dieser fruchtbare Rahmen war ausschlaggebend für die erfolgreiche Tätigkeit meiner Gruppe in den vergangenen Jahren", erklärt Blatt seinen Erfolg.

Zur Person
Rainer Blatt begann an der Universität Mainz zunächst Physik zu studieren. Im Jahr 1979 folgten Promotion und zwei Jahre später schließlich Dissertation an der Uni Mainz. Nach Forschungsaufenthalten in USA, Berlin und Hamburg habilitierte er schließlich im Jahr 1988 an der Universität Hamburg. Danach war er für knapp zwei Jahre Professor (C3) an der Universität Göttingen bevor er 1995 als ordentlicher Professor in den Dienst unserer Alma Mater trat. Seit 1999 ist Blatt Vorstand des Instituts für Experimentalphysik. Blatt wurde im Jahre 2003 zum korrespondierenden Mitglied der österreichischen Akademie der Wissenschaften ernannt und ist auch Leiter des im letzten Jahr neu gegründeten Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI).