Quantenphysik und Kurzzeitlaser

Insgesamt acht neue Nationale Forschungsschwerpunkte (NFS) hat Bundesrat Didier Burkhalter bewilligt. Die NFS sind ein Förderprogramm des Schweizerischen Nationalfonds welches langfristig angelegte, strategische Forschungsvorhaben unterstützt und mitfinanziert. Das seit 2001 bestehende Programm umfasst zurzeit 20 NFS.

Vision Quantencomputing

Was folgt auf die heutige Computertechnologie, die durch die anhaltende Verkleinerung der Elektronik irgendwann einmal an ihre physikalischen Grenzen stösst und auch wegen des steigenden Energiehungers von Grossrechenzentren nach Alternativen ruft? – Weltweit setzen Forscherinnen und Forscher ihre Hoffnungen auf neuartige Computertechnologien. Ein wichtiger Ansatz basiert auf den Gesetzen der Quantenphysik. Dieser Forschungszweig ist an der ETH Zürich von strategischer Bedeutung. So wurden in den vergangenen Jahren gezielt Investitionen getätigt, um neue Professuren zu besetzen und den Ausbau der Quantenwissenschaften voranzutreiben. Zudem: Im neuen Nanotechnologielabor NETL, das ab dem nächsten Jahr von der IBM und der ETH Zürich gemeinsam betrieben wird, ist „Quantum Technology“ eines der fünf zentralen wissenschaftlichen Themen.

Professor Klaus Ensslin vom Labor für Festkörperphysik wird das NFS „Quantum Science and Technology“ leiten. Das Programm, an dem verschiedene Schweizer Universitäten beteiligt sind, hat eine Laufzeit von vier Jahren (2011-2014) und wird vom Nationalfonds mit 17 Mio. Franken unterstützt. Die nationale Initiative ist optimal eingebettet in die strategische Planung der ETH Zürich. Dazu Roland Siegwart, Vizepräsident Forschung und Wirtschaftsbeziehungen: „Die Initiative kommt zu einem idealen Zeitpunkt, um diesem zukunftsträchtigen Forschungsgebiet Schub zu verleihen. Sie wird uns in die Lage versetzen, unsere und die starke Stellung der Schweiz insgesamt, im Bereich der Quantenwissenschaften weiter auszubauen.“

Elektronen, Atome und Moleküle in Aktion beobachten

Der NFS mit dem Titel „Molecular Ultrafast Science and Technology“ (MUST) erhält ebenfalls rund 17 Mio. Franken für die Jahre 2010 – 2013. Das Co-Direktorium teilen sich Professorin Ursula Keller vom Institut für Quantenelektronik der ETH Zürich und Professor Thomas Feurer vom Institut für Angewandte Physik der Universität Bern, „Leading House“ ist die ETH Zürich. Insgesamt arbeiten 15 Schweizer Forschungsgruppen aus unterschiedlichen Disziplinen im Rahmen von MUST zusammen.

Was MUST besonders interessiert, sind zwei Aspekte: strukturelle Änderungen von Molekülen, ihr Zusammenhang mit bestimmten Funktionen und der Transport von mikroskopischen Energieeinheiten – im Extremfall ein einziges Elektron. Diese Grundlagenforschung will Antworten liefern auf eine Reihe grosser Fragen, die sich unserer Gesellschaft stellen. So sucht man mit wachsender Dringlichkeit nach Wegen, um alternative Energiequellen zu erschliessen, neue Verfahren zur Herstellung komplexer Medikamente zu finden oder um elektronische Bauteile, wie etwa Prozessoren oder Speicherchips in Computern, noch schneller zu machen. Viele dieser Forschungsarbeiten basieren auf modernsten ultraschnellen Laserquellen, die auch für andere Anwendungen benutzt werden können: Materialbearbeitung, Laser gestützte Blitzableiter, Laser-Nanochirurgie oder Schadstoffidentifikation.

Auch im Bereich der Kurzzeitlaserphysik hat die ETH Zürich in der jüngsten Vergangenheit aus eigenen Mitteln die Forschungstätigkeiten ausgebaut – unter anderem hat sie 2009 ein neues Lasersystem installiert, das eine zeitaufgelöste Photoelektronen-Spektroskopie auf atomarer Ebene mit Attosekundengenauigkeit (Eine Attosekunde ist ein Milliardstel eines milliardsten Teiles einer Sekunde!) erlaubt.