Neue Gruppe um Dr. Uri Vool baut im MPI-CPfS Quantensensoren für die Suche nach Zukunftsmaterialien

Dresden, 16. Dezember 2022. Quantentechnologien stecken bisher noch in den Kinderschuhen, könnten aber in Zukunft enorme Sprünge für Industrie und Wissenschaft ermöglichen: Quantencomputer, die für Flugzeuge und Autos binnen Sekunden die optimale Form finden und die nahezu jeden Code knacken. Oder wirklich abhörsichere Quanten-Kommunikationstechnik. Oder Quantensensoren, die so empfindlich sind, dass sie sogar Einsteins Gravitationswellen problemlos aufspüren können. Angesichts dieser Perspektiven baut nicht nur die Technische Universität Dresden, sondern auch die Max-Planck-Gesellschaft ihre Grundlagenforschung für die Quantentechnologien von morgen in Sachsen aus.

Von der Elite-Uni Harvard nach Dresden gewechselt

Eigens dafür ist der Physiker Dr. Uri Vool von der US-Eliteuni Harvard nach Dresden gewechselt. Der 36-Jährige baut nun am „Max-Planck-Institut für chemische Physik fester Stoffe“ (MPI-CPfS) eine neue Forschergruppe „Quanteninformationen für Quantenmaterialien“ (QIQM) auf und hat inzwischen auch schon ein Forschungsstipendium des Europäischen Forschungsrates (ERC) gewonnen. Mit diesem Geld will er sein bisher fünfköpfiges Team sowie dessen Dresdner Quantenlabor weiter stärken.

„Das Planck-Institut hier ist bekannt für seine Material- und Geräte-Expertise“, begründete Vool im Oiger-Interview seinen Wechsel von einer der weltweit renommiertesten Unis an das MPI-CPfS. „Ich denke, dass sich meine Erfahrungen mit neuen Messmethoden damit gut kombinieren lassen.“

Quanteninformationen aus der Materie gewinnen

Und dabei geht es nicht um simple Druck- oder Temperaturmessungen, sondern um den Versuch, Quanteninformationen aus Materie auszulesen. Vool will dafür unter anderem neuartige Quantensensor-Schaltkreise bauen, die bei sehr niedrigen Temperaturen Strom widerstandslos leiten. Diese supraleitenden Quantensensoren sollen dann bei der Suche nach Zukunftsmaterialien helfen: Werkstoffe beispielsweise, die wiederum bereits bei Zimmertemperatur supraleitend werden und damit auf enorme Energieersparnisse hoffen lassen. Oder Legierungen, aus denen sich weit stabilere und größere Quantencomputer bauen lassen, die nicht mehr so empfindlich gegen kleinste Umwelteinflüsse sind.

Zweiter Pfad führt über Stickstoff-gestörte Diamanten

Ein anderer Teil des jungen Teams verfolgt einen alternativen Ansatz für den Bau von Quantensensoren: Die Wissenschaftler erzeugen quantenmechanische Informationseinheiten – sogenannte Qubits – aus Stickstoff-Fremdatomen in Diamentengittern. Damit will das Vool-Kollektiv letztlich Sensoren bauen, die auch Bilder aus Quantenmaterialien liefern können.

Kryostat kühlt Material bis nahe an den absoluten Nullpunkt

Für ihre Experimente, die sich oft nahe am absoluten Temperatur-Nullpunkt abspielen, hat das Team an der Nöthnitzer Straße ein eigenes Labor mit einem Kryostaten eingerichtet, der Materialproben bis auf 10 Milli-Kelvin herunterkühlen kann, also auf unter 273 Grad Celsius. Anderseits nutzen die Quantensensor-Experten aber auch Labore der Kollegen beispielsweise im nahen Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW). Und das war eben auch einer der Gründe, warum Vool nach Dresden kam: Kooperation zwischen den universitären und außeruniversitären Instituten wird hier groß geschrieben – und das verhilft manchem Nachwuchswissenschaftler eben auch den Zugang zu Forschungsgeräten, die sonst nur schwer zu beschaffen sind. Zudem gibt es mit „Ct.qmat“ auch ein Quantenphysik-Exzellenzentrum an der TU Dresden.

In Donezk geboren, in Israel aufgewachsen, an US-Eliteuni promoviert

Und den internationalen Vergleich kann Uri Vool aus einer Anschauung ziehen: Im ukrainischen Donezk geboren, wuchs er in Israel auf, studierte in Jerusalem dann auch Physik und Mathematik. Für seine Doktorarbeit ging er in die USA, promovierte 2017 an der Uni Yale und forschte dann an der Harvard-Universität. Im März wechselte er nach Dresden und baute am MPI-CPfS seine eigene Quantenforschungsgruppe auf. Neben dem Leiter gehören dazu unter anderem Young-Gwan Choi, Haolin Jin und Po-Ya Yang.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quelle: Interview und Vor-Ort-Besuch Uri Vool – MPI-CPfS

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