Markus Aspelmeyer: "Ein Stein ist hart, auch wenn ich ihn gerade nicht sehe und analysiere. Alles ist so schön vorbestimmt. Da möchte ich Fragen stellen."
Mit dieser mechanisch schwingenden Brücke, die einen Zwanzigstelmillimeter breit ist, was dem Durchmesser eines Haares entspricht, wollen Physiker die Quantentheorie in der Alltagswelt überprüfen.
Standard: Sie arbeiten seit gut fünf Jahren mit Ihrer Gruppe an quantenphysikalischen Experimenten, deren Ergebnisse Alltagserfahrungen infrage stellen sollen. Es kann demnach zur Überlagerung zweier Zustände kommen, die in unserer Vorstellung von Realität nur ausschließlich existieren können. Was darf man sich darunter vorstellen?
Aspelmeyer: Erwin Schrödinger hat das schon in seinem berühmten Gedankenexperiment beschrieben. Die Katze im Quantenexperiment lebt, und sie ist tot. Man spricht von einer Überlagerung der zwei Zustände. Wenn das möglich ist, dann hätten wir mit unserer Vorstellung von Realität, mit unseren Alltagserfahrungen, ein gewaltiges Problem. Dann könnten wir keine klaren Aussagen über die Welt treffen. Stellen Sie sich vor, dass ein Glas sich so verhält, als ob es da und auch dort stehen würde. Unvorstellbar oder? Zu diesem Schluss müssten wir aber kommen, wenn die Quantentheorie nicht mehr ausschließlich in Mikrosystemen beweisbar ist, so wie jetzt, sondern auch in die Makrowelt übertragbar wird.
Standard: Glauben Sie, dass das möglich ist?
Aspelmeyer: Ich glaube, dass die Quantentheorie auch hält, wenn die Objekte, mit denen wir arbeiten, größer werden. Rund die Hälfte aller Physiker sieht das anders. Viele Wissenschafter glauben, dass die Vorhersagen der Quantentheorie irgendwo zusammenbrechen und dass wir eine neue Theorie haben werden, die keine Überlagerung von großen Objekten zulässt. Andere Physiker wie zum Beispiel Roger Penrose glauben, dass die Erdanziehung die- se Quantenzustände verhindert, wenn die Objekte zu schwer werden. Ein paar Vorschläge für solche Theorien gibt es bereits, aber noch keine konkreten Experimente.
Standard: Da Sie ja daran glauben, dass die Quantentheorie hält: Wie weit sind Sie denn selbst mit Experimenten in Richtung makroskopischer Quantenphysik vorgedrungen?
Aspelmeyer: Wir haben vergangenes Jahr erstmals eine "starke Kopplung" zwischen einem Lichtfeld und einem mechanischen Pendel erzeugt. Das Lichtfeld und die Mechanik verhielten sich dabei wie ein einziges, neues Pendel. Die Schwingungen waren weder optisch noch mechanisch, sie waren beides: optomechanisch. Wir möchten in zukünftigen Experimenten solche Überlagerungen von verschiedenen Schwingungen dieses Pendels erreichen. Ein langfristiges Ziel ist, Überlagerungszustände von Systemen zu schaffen, die möglichst weit voneinander entfernt sind, also jenseits ihrer jeweiligen physikalischen Ausdehnung. Das wäre sehr spannend.
Standard: Diese Experimente sind relativ neu, dennoch gibt es schon viele Forscher, die sich damit beschäftigen. Warum?
Aspelmeyer: Die Quantenphysiker erwarten sich durch die Verschränkung von Licht und Mechanik neue Erkenntnisse, die bisher nicht möglich waren. So ist ein eigener Forschungsbereich mit zahlreichen Gruppen entstanden, der sich sehr dynamisch entwickelt, weil man im Wettstreit bemüht ist, die unterschiedlichsten mechanischen Objekte in einen quantenphysikalischen Zustand zu bringen. Dabei zeigen sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten.
Standard: Welche Anwendungen meinen Sie?
Aspelmeyer: Die mechanischen Schwinger, die wir bei der "starken Kopplung" verwendeten, eignen sich für grundlegende Fragestellungen in unseren Experimenten, können aber auch zum Beispiel als besonders präzise Messsensoren verwendet werden. Mit ihnen lassen sich kleinste Kräfte messen, bis in die atomare Skala. Wenn man jetzt noch Quantenphysik hineinsteckt, erwartet man sich nochmals dramatische Verbesserungen in der Auflösung: ein Schritt in Richtung Quantentechnologie. Zusammen mit der von uns 2006 demonstrierten mechanischen Laserkühlung könnte das in ferner Zukunft sogar bei Zimmertemperatur funktionieren. Andere Forscher haben auf einen mechanischen Schwinger zuletzt ein Quantenbit geschrieben. Wenn es gelingt, mehrere Q-Bits zu verarbeiten und zu speichern, dann ist das ein interessanter Ansatz in der Quanteninformationsverarbeitung zum Quantencomputer. Mit mehren Q-Bits lassen sich schon Algorithmen rechnen.
Standard: Treibt Sie auch die Idee an, Quantenphysik anwenden zu können?
Aspelmeyer: Anwendungen entstehen in meiner Gruppe als Nebenprodukt. Mich hat immer schon die Frage fasziniert: Wie ist die Welt aufgebaut? Die Quantentheorie kann unsere Konzepte von Realität fundamental erschüttern und vielleicht zu einer Lösung dieser Frage führen. Ich hätte ja gern eine Konsistenz im Weltbild. Aber ich stelle es mit der Quantentheorie auch infrage. Ich würde auch gern wissen, ob die Naturwissenschaften insgesamt auf einem Satz konsistenter Annahmen basieren. Ich glaube, dass das derzeit nicht so ist.
Standard: Wieso nicht?
Aspelmeyer: Alle Naturwissenschaften mit Ausnahme der Quantenphysik kommen ganz locker mit der Annahme von Realität aus. Die Eigenschaft eines Objekts existiert immer unabhängig von unserer Beobachtung. Ein Stein ist hart, auch wenn ich ihn gerade nicht sehe und analysiere. Alles ist so schön vorbestimmt. Da möchte ich Fragen stellen. Es wäre zum Beispiel interessant, mit Wissenschaftern aus anderen Fachrichtungen, mit Biologen, Chemikern oder Medizinern zunächst, zusammenzusitzen und die Wissenschaften auf ihre Grundfesten abzuklopfen. Was mir bisher dazu fehlte, ist nur Zeit. Das steht aber auf meiner Agenda.
(DER STANDARD, Print-Ausgabe, 12. Mai 2010)