Markus Aspelmeyer ist endgültig im Olymp der österreichischen Wissenschaften angekommen: Mit dem Wittgenstein-Preis des Wissenschaftsfonds FWF wurde der Quantenphysiker mit der höchsten wissenschaftlichen Auszeichnung des Landes geehrt. Im Gespräch mit dem 52-Jährigen wird zugleich schnell klar: Bei allem Erfolg hat er die Freude und Neugier für sein Forschungsfach nie aus dem Auge verloren. Ganz im Gegenteil: Der Direktor des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation Wien der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und Professor für Physik an der Universität Wien sieht den "österreichischen" Nobelpreis vor allem auch als Ansporn, um noch mehr ungeklärte Fragen zu lösen und der heimischen Spitzenforschung in der Champions League neue Möglichkeiten zu verschaffen, wie er im Gespräch erklärt. 

Herr Aspelmeyer, Ihre Forschung bewegt sich an der Schnittstelle von Gravitation und Quantenphysik – dafür haben Sie gerade den Wittgenstein-Preis erhalten. Was ist, ganz allgemein gesagt, die große Frage, der Sie nachgehen?

Markus Aspelmeyer: Im Kern geht es darum, ob es eine Quantentheorie der Gravitation überhaupt braucht – ob die Natur sie tatsächlich nutzt. Wir wissen aus der Quantenphysik, dass sich Objekte so verhalten können, als befänden sie sich an zwei Orten gleichzeitig. Seit Einstein wissen wir außerdem, dass jede Masse die Raumzeit krümmt. Befindet sich ein Objekt in einer solchen Quantenüberlagerung, müsste demnach auch die Raumzeit selbst überlagert sein.

Wir glauben, dass das nicht die ganze Geschichte ist.

Es gibt durchaus Quantentheorien der Gravitation, die genau das vorhersagen. Nur fehlt bislang das Experiment, das eine solche Theorie überhaupt nötig machen würde. Selbst astrophysikalische Beobachtungen lassen sich vollständig erklären, indem man annimmt: Einsteins Gravitationstheorie gilt für alle Gravitationsphänomene, Quantentheorie für alles andere. Wir glauben, dass das nicht die ganze Geschichte ist – aber das Experiment, das es beweist, fehlt noch. Genau danach suchen wir.

Messbarkeit im Fokus

Um diese beiden Welten zusammenzubringen, müssten Sie ein Quantenobjekt so groß machen, dass seine Gravitation messbar wird. Wie kann das funktionieren?

Aspelmeyer: Es hilft uns, dass wir mittlerweile Festkörpersysteme – solide Objekte aus vielen Milliarden Atomen, vergleichbar mit Sandkörnern – mit Methoden aus Quantenoptik und Laserphysik so kontrollieren können, dass sie sich nach den Regeln der Quantenphysik verhalten. Vor rund 20 Jahren haben wir erstmals gezeigt, dass sich ein mit bloßem Auge sichtbares, halb Millimeter großes „Sprungbrett“ laserkühlen lässt: Der Strahlungsdruck des Lichts verändert seine Bewegung. Heute können weltweit viele Gruppen solche Objekte ins Quantenregime bringen.

Damit erreichen wir Massen, bei denen die Gravitation grundsätzlich messbar wird. Die eigentliche Herausforderung besteht jedoch darin, Unterschiede zwischen überlagerten Quantenzuständen nachzuweisen. Wir arbeiten inzwischen mit kleinen, in einer Vakuumkammer schwebenden Kügelchen, die wir mit Lasern und Magnetfeldern so präparieren, dass sich ihr Verhalten nur noch durch ein quantenmechanisches Wellenpaket beschreiben lässt – vereinfacht gesagt: ein Zustand, in dem sich das Teilchen gleichzeitig an mehreren Orten befindet. Zwischen der kleinsten Masse, deren Gravitationsfeld wir bislang messen können, und unserem größten Quantenobjekt liegen derzeit noch rund 13 Größenordnungen in der Teilchenzahl. Diese Lücke versuchen wir von beiden Seiten zu schließen.

Ohne Zeilinger wäre ich nicht dort, wo ich heute bin.

Sie kamen als Festkörperphysiker zur Quantenphysik. Welche Rolle spielte Anton Zeilinger dabei?

Aspelmeyer: Ohne Zeilinger wäre ich nicht dort, wo ich heute bin. Ich kam aus der Röntgen- und Festkörperphysik nach Wien, um Quantenphysik zu lernen. Bei ihm habe ich die Grundlagen der Quantenphysik und Verschränkung gelernt. Genauso wichtig war die Freiheit, eigene Ideen zu verfolgen: Als Leiter der ersten Nachwuchsgruppe am neu gegründeten Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der ÖAW konnte ich neue Wege gehen. Daraus entstand zunächst die Forschung an makroskopischen Quantensystemen und später der Schritt zur Gravitation.

Wittgenstein-Preis als Booster in der Champions League

Wie wird sich der Wittgenstein-Preis auf die Erreichung Ihrer Forschungsziele auswirken?

Aspelmeyer: Das wird uns definitiv nach vorne katapultieren. Wir verbinden Präzisions-Gravitations- und Quantenexperimente auf einem weltweit führenden Niveau. Der Preis verschafft uns ein Maß an Unabhängigkeit und Momentum, das zum jetzigen Zeitpunkt einzigartig ist. Ich vergleiche das gerne mit der Champions League: Das ist ein wichtiger Schritt Richtung Meisterschaft, um die nächsten großen Schritte tatsächlich gehen zu können.

Österreich hat in der Quantenphysik eine außergewöhnliche Tradition.

Apropos Champions League.Welche Rolle spielt Österreich als Quantenstandort für erfolgreiche Forschung?

Aspelmeyer: Eine große. Österreich hat in der Quantenphysik eine außergewöhnliche Tradition – von Schrödinger bis zu den heutigen Forschungszentren in Wien und Innsbruck. Immer wieder wurden hier wichtige Impulse gesetzt, von den Grundlagen der Quantenmechanik bis zu Quantencomputern und Quantenteleportation. Entscheidend finde ich, dass das Verständnis für die Bedeutung von Grundlagenforschung tief verankert ist. Gerade in einer Zeit, in der Quantentechnologien stark im Fokus stehen, gelingt es Österreich, den Blick auf die grundlegenden Fragen nicht zu verlieren. Das halte ich für eine wichtige Voraussetzung für die nächsten wissenschaftlichen Durchbrüche.

Tipps für den Quanten-Nachwuchs

Was raten Sie jungen Quantenforscher:innen, die am Anfang stehen und an ihr Institut kommen?

Aspelmeyer: Eigene Fragen stellen. Jede:r sollte sich überlegen: Was interessiert mich wirklich, wofür brenne ich, welche Rätsel möchte ich lösen? Und dann diesen Interessen konsequent folgen. Alles andere sammelt man nebenbei ein, und manches davon wird später wieder wichtig. Entscheidend ist, für sich selbst zu wissen, was einen interessiert – denn jeder Mensch tickt anders, jeder hat andere Resonanzen. Das sieht man schon bei Vorträgen: Manche Leute folgen einem Sprecher begeistert, andere nicht – und das liegt nicht nur am Vortragenden, sondern auch daran, wofür man sich selbst interessiert. Das ist aus meiner Sicht der wesentliche Punkt.