(Hoch-)Schule

Weltweit ist es zum ersten Mal gelungen, eine neue Methode zur Kühlung von Protonen mithilfe lasergekühlter Ionen – in diesem Fall Beryllium-Ionen – erfolgreich umzusetzen. Neu ist, dass die Kühlleistung jetzt über einen elektrischen Schwingkreis und eine vergrößerte Distanz von 9 cm von der einen in die andere Falle übertragen werden kann. So lässt sich das Proton in einer der Fallen auf deutlich tiefere Temperaturen kühlen als zuvor.

Zwischen Deutschland, England und Frankreich existiert eine Art Autobahn für optische Frequenzen. Das Glasfasernetz dient bisher zum Vergleich von Frequenzen zwischen Metrologieinstituten, etwa aus optischen Atomuhren. Nun haben die Autoren einer Studie unter Beteiligung der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), die in der aktuellen Ausgabe von Nature Communications erscheint, gezeigt, wie ultrastabile Laserfrequenzen aus den Metrologieinstituten per Glasfaser anderen Anwendern zugänglich gemacht werden können. Das internationale Forscherteam unter Leitung des britischen Metrologieinstitutes National Physical Laboratory (NPL) beweist darin, dass die extrem hohe Frequenzstabilität der eingesetzten ultrastabilen Laser auch bei der langen Reise zwischen ihren Instituten fast verlustfrei übertragen werden kann. Dies bestätigt die großen Hoffnungen, die auf dieser Art von Frequenztransfer liegen.

Berlin, 14. Dezember 2021 – Der Physiker Prof. Dr. Jens Frahm erhält den 39. Werner-von-Siemens-Ring für sein herausragendes Lebenswerk in der medizintechnischen Forschung. Seine Arbeit zur Magnetresonanztomografie, kurz MRT, hat die diagnostische Bildgebung entscheidend vereinfacht. Heyo K. Kroemer, Vorstandsvorsitzender der Charité Berlin mit wichtiger Anwenderperspektive, würdigte Frahms Arbeit in einer inspirierenden Laudatio. Auch Nathalie von Siemens, Vertreterin der Familie von Siemens, fand bewegende Worte zu den bedeutenden Forschungsleistungen des Göttinger Wissenschaftlers. Die Preisverleihung fand mit einem kleinen Publikum in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), Institut Berlin, statt und konnte online über einen Livestream verfolgt werden.

Laserstrahlen können nicht nur erhitzen, sondern auch kühlen. Das ist unter Physikern, die sich der Präzisionsspektroskopie oder der Entwicklung optischer Atomuhren verschrieben haben, nichts Neues. Aber neu ist die extrem geringe Temperatur, die Forschende am QUEST-Institut an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) an diesen speziellen Forschungsobjekten erreicht haben: Noch nie zuvor waren hochgeladene Ionen auf nur 200 µK heruntergekühlt worden. Das gelang den Teammitgliedern, indem sie ihre etablierten Methoden der Laserkühlung an gekoppelten Ionen mit Methoden aus dem Bereich des Quantencomputing verbanden: Quanten-Algorithmen sorgten dafür, dass Ionen, die sich dafür eigentlich zu unähnlich sind, nun doch gemeinsam heruntergekühlt werden konnten. Damit rückt eine optische Atomuhr mit hochgeladenen Ionen näher, die noch genauer werden könnte als andere optische Atomuhren. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe von...

Quantencomputer versprechen ungekannte Rechenpower für Anwendungen, an denen klassische, auf Nullen und Einsen beruhende Rechner prinzipiell scheitern. Existierende Prototypen konnten bisher aber vor allem bei konstruierten Fragestellungen beeindrucken. Im Projekt ATIQ entwickeln 25 Partner nun Quantencomputer-Demonstratoren, die gemeinsam mit künftigen Anwendern realisiert werden. Dabei gehen die Partner große technische Herausforderungen an, die bis jetzt einem Dauerbetrieb und zuverlässigen Rechenoperationen im Wege stehen. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt mit insgesamt 37,4 Millionen Euro.

Das Wasserstoff-Innovationslabor mit dem Titel „Nachhaltige Verbrennungskonzepte“ ist gestartet. Mit einer Förderung des niedersächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kultur in Höhe von 1,2 Millionen Euro geht das Projekt in die dreijährige Umsetzungsphase. Beteiligt sind neben der PTB die Leibniz Universität Hannover, die TU Braunschweig, die TU Clausthal und die Jade Hochschule Wilhelmshaven. (Ansprechpartner: Ravi Fernandes, 0531 592-3300, ravi.fernandes(at)ptb.de)

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Verbundprojekt MIQRO mit 15,8 Millionen Euro. In dem Projekt soll ein Quantencomputer basierend auf Hochfrequenz-gesteuerten Ionen entwickelt werden. Neben der PTB nehmen daran die Leibniz Universität Hannover, die Universität Siegen, die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, die QUARTIQ GmbH sowie die eleQtron GmbH als assoziierte Partner teil. Die Laufzeit beträgt vier Jahre. Der in diesem Projekt entwickelte und betriebene Quantencomputer soll im Anschluss an das Projekt auf tausend Quantenbits skalierbar sein und damit vielfältigen industriellen und akademischen Anwendungen den Weg bereiten, die jenseits der Möglichkeiten von klassischen Supercomputern liegen. (Ansprechpartner: Christian Ospelkaus, 0531 592-4740, christian.ospelkaus(at)ptb.de)

Die Manipulation einzelner Elektronen mit dem Ziel, Quanteneffekte nutzbar zu machen, verspricht qualitativ neue Anwendungsmöglichkeiten in der Elektronik. In diesen Einzelelektronenschaltungen, die den Gesetzen der Quantenmechanik gehorchen, treten jedoch statistische Abweichungen von der fehlerfreien Funktionsweise auf. Daraus ergibt sich eine fundamentale Unsicherheit, deren Verständnis und Quantifizierung maßgeblich für zukünftige Weiterentwicklungen sind. Die PTB hat in Zusammenarbeit mit der Universität Lettland hierfür ein statistisches Testverfahren entwickelt.

In der Welt der Metrologie – der Wissenschaft vom exakten Messen – ist er die höchste europäische Auszeichnung: der mit insgesamt 40 000 € dotierte Helmholtz-Preis. Mit ihm ehren der Helmholtz-Fonds e. V. und der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft alle zwei Jahre Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für hervorragende wissenschaftliche und technologische Errungenschaften auf dem Gebiet der Präzisionsmessung in Physik, Chemie und Medizin.

Der Preis wird in zwei Kategorien ausgeschrieben: „Präzisionsmessung in der Grundlagenforschung“ und „Präzisionsmessung in der angewandten Messtechnik“. Bewerbungsschluss für die aktuelle Ausschreibung ist der 7. Januar 2022. Weitere Informationen über den Preis und das Bewerbungsverfahren sind auf der Webseite des Helmholtz-Fonds zu finden.

Antiferromagnetische Materialien sind im Inneren zwar magnetisch, jedoch wechselt die Richtung ihrer geordneten mikroskopischen Momente zwischen einzelnen Elementarmagneten. Darum gibt es kein magnetisches Nettomoment. Mittels Magneto-Seebeck-Mikroskopie wurde der magnetische Zustand eines Antiferromagneten messbar gemacht, um ihn für Anwendungen z. B. in der Spintronik nutzen zu können.