Von Quantenverschlüsselung bis Sensor fürs Handy: ein Einblick in den Exzellenzcluster PhoenixD

Der Exzellenzcluster PhoenixD (Photonics, Optics, and Engineering – Innovation Across Disciplines) hat erfolgreich die Bewilligung für seine zweite Förderphase erhalten und wird ab Januar 2026 für weitere sieben Jahre mit einer Millionenförderung unterstützt. Diese Entscheidung unterstreicht die besondere Position Hannovers in dieser Zukunftstechnologie und ist Teil des herausragenden Erfolgs der Leibniz Universität Hannover, die mit drei bewilligten Exzellenzclustern nun den Weg zur Exzellenzuniversität einschlagen kann.

Ein kurzer Überblick zu PhoenixD

PhoenixD vereint mehr als 150 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus sechs Fachgebieten: Maschinenbau, Physik, Elektrotechnik, Informatik, Mathematik und Chemie. Gemeinsam erforschen sie die Manipulation und Detektion von Laserlicht mit dem Ziel, optische Präzisionsgeräte schnell und kostengünstig zu entwickeln. Diese Forschung ermöglicht bahnbrechende Anwendungen in der medizinischen Diagnostik, der Lebensmittelproduktion sowie der Telekommunikation und Quantenkommunikation.

In den vergangenen Jahren hat sich in Hannover ein dynamisches Ökosystem für Optik- und Photonikforschung entwickelt. Mit dem Laser Zentrum Hannover und dem im Bau befindlichen Forschungsgebäude OPTICUM entsteht in Marienwerder ein eigener Optik-Campus. Neben der Leibniz Universität Hannover sind weitere Institutionen an PhoenixD beteiligt: die TU Braunschweig, das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, die Physikalisch-Technische Bundesanstalt und das Laser Zentrum Hannover.

Optik und Photonik sind Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts: Optische Glasfasern bilden das Rückgrat des Internets und der Mobilfunknetze, optische Sensoren und hochauflösende Kameras sind Voraussetzung für autonomes Fahren, und Laser ersetzen in der Medizintechnik zunehmend das Skalpell. PhoenixD lotet systematisch die Möglichkeiten der Digitalisierung für neuartige optische Systeme sowie deren Fertigung und Anwendung aus und wird in den kommenden sieben Jahren das internationale Kompetenznetzwerk weiter ausbauen

Im Interview: Prof. Dr. Uwe Morgner, Sprecher von PhoenixD

Von Demonstratoren zum OPTICUM: Meilensteine und neue Perspektiven für die kohärente Zusammenarbeit

PhoenixD geht nun in die zweite Förderrunde der Exzellenzstrategie. Was waren aus Ihrer Sicht die größten wissenschaftlichen Meilensteine der ersten Förderperiode – und worauf liegt der Fokus in der kommenden Phase?

Prof. Morgner: Zentrale Meilensteine waren die Realisierung funktioneller Demonstratoren, mit denen wir unsere Forschung auf den Punkt bringen konnten. Diese Demonstratoren zeigen eindrucksvoll die interdisziplinäre Zusammenarbeit im Cluster: Beispielsweise haben unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen Demonstrator für Quantenverschlüsselung entwickelt, bei dem Quantenphysik, Ingenieurwissenschaften und weitere Fachrichtungen Hand in Hand arbeiten. Ein weiteres Highlight ist ein Laser, der zum Mond fliegen wird, sowie ein Sensor, den man auf das Smartphone stecken kann, um Flüssigkeiten zu testen – etwa für Bluttests, Drogenscreenings oder zur Erkennung von Tumormarkern.

Das Besondere ist, dass wir die Kompetenzen zusammengebracht haben, die nötig sind, um solche komplexen Systeme zu bauen. Diese interdisziplinäre Arbeit wird in der zweiten Förderphase konsequent weitergetrieben.

Ein wichtiger Baustein der zweiten Förderphase ist der Neubau des OPTICUM, das explizit für PhoenixD entworfen und gebaut wird. Dort werden verschiedene Professuren, Großgeräte und Kompetenzen an einem Ort zusammengeführt, die bisher quer über den Campus der LUH verteilt waren. In der ersten Förderphase hat sich alles gefunden – in der zweiten erwarten wir einen noch besseren Output durch diese räumliche Nähe.

Unser Ziel ist es, die Optikforschung nachhaltig in Hannover zu etablieren. Um das OPTICUM in der Sciences Area in Marienwerder gibt es genug Platz für die Ansiedlung weiterer innovativer Firmen. Industriekooperationen werden so erleichtert und intensiviert. Es werden viele neue Projekte entstehen – allein in der ersten Förderphase haben wir zusätzlich zur Clusterförderung 150 Millionen Euro durch weitere Drittmittel eingeworben.

Die siebenjährige Förderung gibt uns Planungssicherheit, und die Mittel können flexibel eingesetzt werden – für Personal, Geräte und mehr. Aktuell arbeiten 120 Mitglieder in PhoenixD. Es ist die Kunst, Synergien zu wecken, um einen echten Mehrwert zu schaffen. Dafür helfen beispielsweise drei- bis viertägige Retreats, um in den Kontakt zu kommen – solche Austauschformate sind das Allerwichtigste. Eine weitere Idee, die wir verfolgen, ist es, ein großes Sprachmodell auf den Veröffentlichungen von PhoenixD zu trainieren, um damit eine gemeinsame Wissensbasis zu schaffen.

Wichtig ist uns auch, dass wir uns diversifizieren, damit wir über die jetzt zugesagte Förderung hinaus erfolgreich sind und weitere Projekte auf den Weg bringen können.

Zukunftstechnologien im Fokus: Von Quantenverschlüsselung bis Biomedizin

Optische Präzisionsgeräte sind zentrale Bausteine vieler Zukunftstechnologien. Welche konkreten Anwendungen – etwa in der Medizin oder Quantenkommunikation – sind derzeit besonders vielversprechend?

Prof. Morgner: Ein vielversprechendes Anwendungsfeld ist die Quantenverschlüsselung, an der wir intensiv arbeiten. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Biosensorik und Biobildgebung, für die wir beispielsweise neue Röntgenquellen entwickeln. Ein Trakt im neuen OPTICUM wird speziell dafür ausgerüstet, um mit Röntgenstrahlung arbeiten zu können – für Biophotonik und Bioimaging, aber auch Batteriehersteller haben großes Interesse an hochauflösender Durchleuchtung. Die neue Röntgentechnik hilft hier entscheidend weiter, da die aktuelle Technik zu langsam ist – laserbasierte Quellen sind hier die bessere Option. Weitere wichtige Themen sind Beleuchtungstechnik und Fernerkundung.

Der Optik-Campus: Sichtbarkeit schaffen und Talente gewinnen

Mit dem OPTICUM entsteht ein eigener Optik-Campus in Marienwerder. Welche neuen Möglichkeiten eröffnet dieses Forschungsumfeld – auch im Hinblick auf die Nachwuchsförderung und internationale Sichtbarkeit?

Prof. Morgner: Die Sichtbarkeit ist entscheidend, um hervorragende Forschende nach Hannover zu ziehen und gegen andere Forschungsschwerpunkte zu konkurrieren. Bereits in der ersten Phase ist es aufgrund der exzellenten Rahmenbedingungen und der vielfältigen Kooperationsmöglichkeiten gelungen, neue Professorinnen und Professoren aus der ganzen Welt nach Hannover zu berufen.

Das OPTICUM wird auch helfen, die Studierendenzahlen zu verbessern. Der Cluster unterstützt uns dabei, Kinder und Jugendliche für unsere Forschungsthemen zu begeistern – beispielsweise durch das LeibnizLab, das Schülerforschungszentrum und das freiwillige wissenschaftliche Jahr, ein einzigartiges Projekt, das wie ein freiwilliges soziales Jahr gehandhabt wird.

Hannovers Alleinstellungsmerkmal: Schulterschluss zwischen Natur- und Ingenieurwissenschaften

Wie wichtig ist Ihrer Meinung nach der Standort Hannover für den Aufbau eines internationalen Zentrums für Photonikforschung? Und welche Rolle spielt das entstehende Ökosystem mit Partnerinstitutionen dabei?

Prof. Morgner: Hannover hat das Alleinstellungsmerkmal, dass es hier einen echten Schulterschluss zwischen Naturwissenschaften und Ingenieurwissenschaften gibt. An anderen Optik-Standorten ist man meist nur in einem Bereich vertieft. Hannover ist führend in Deutschland – im DFG-Förderatlas nehmen wir eine Spitzenposition in der Optik ein.

Die Optik ist ein sehr guter Ansatz, um verschiedene Fachbereiche miteinander zu verbinden, und genau das macht den Standort so wertvoll für die internationale Photonikforschung.

Brückenschlag zur Industrie: 30 Jahre Erfahrung im Technologietransfer

Die Verbindung von Grundlagenforschung und industrieller Anwendung ist oft ein Balanceakt. Wie gehen Sie im Cluster mit der Übersetzung wissenschaftlicher Erkenntnisse in praxisrelevante Technologien um?

Prof. Morgner: Das Laser Zentrum Hannover gibt es bereits seit über 30 Jahren mit dem expliziten Ziel, die Forschung in die Industrie zu bringen. Es ist unser Vehikel, um diesen Transfer zu realisieren. Das Zentrum verfügt über ein großes bestehendes Netzwerk, was es sehr effizient macht, den Brückenschlag zwischen Wissenschaft und Wirtschaft zu vollziehen.

Quantenforschung mit Licht: Einzelphotonen als Schlüsseltechnologie

2025 ist das Internationale Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie. Welcher Aspekt der Quantenwissenschaften spielt in Ihrem Cluster in der Forschung eine herausragende Rolle?

Prof. Morgner: Die Forschung mit Einzelphotonen spielt eine herausragende Rolle in unserem Cluster. Wir arbeiten an Einzelphotonenquellen, Optoakustik und Einzelphotonensensorik. Dabei besteht eine enge Zusammenarbeit mit dem Exzellenzcluster QuantumFrontiers, zum Beispiel bei der Entwicklung einer chipbasierten Atomuhr – einer „atomic clock on a chip“.

Systemdenker statt Fachidioten: Methodenkompetenz für die Zukunft

Was würden Sie jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern raten, die sich für Forschung an der Schnittstelle zwischen Physik, Technik und Informatik interessieren? Welche Fähigkeiten werden künftig besonders gefragt sein?

Prof. Morgner: Wir führen regelmäßig Gespräche mit Industrievertretern darüber, welche Fähigkeiten für künftige Industrieforscherinnen und -forscher besonders wertvoll sein werden. Eine zentrale Erkenntnis: Wir brauchen keine „Fachidioten“, sondern Leute mit Systemkompetenz – Menschen, die in der Lage sind, ganze Systeme zu überblicken. Ein gutes Beispiel ist die 5D-Photonik, die die drei räumlichen Dimensionen mit Zeit und Virtualität vereint.

Mein Rat ist: Man muss weiterdenken, über den Tellerrand schauen und sich breit aufstellen. Unser Masterstudiengang „Optische Technologien“ ist beispielsweise darauf ausgelegt, auf einem Physik- oder Maschinenbau-Bachelor aufzusetzen. Diese Breite soll in der Ausbildung bewusst abgebildet werden.

Schauen Sie nach links und rechts, um auch von anderen Disziplinen zu lernen, die nicht direkt in Ihrem Curriculum stehen. Beim Studium muss es mehr um Methodenkompetenz gehen und weniger um die reinen Inhalte – das ist der Schlüssel zum Erfolg in der interdisziplinären Forschung.

Wir danken Herrn Prof. Dr. Morgner sehr für den spannenden Einblick in den Exzellenzcluster PhoenixD!

Neugierig geworden? Hier sind noch ein paar Literaturempfehlungen

Wollen Sie sich weiter in die Themengebiete vertiefen, die in PhoenixD bearbeitet werden? Dann wollen wir ihnen natürlich passende Literatur aus dem Bestand der TIB an die Hand geben:

• im TIB-Katalog und im Web of Science (Artikel von EXC-2122) sind verschiedene Artikel aus dem Exzellenzcluster PhoenixD zu finden
• Photonik
• Optik
• Quantenverschlüsselung
• Biosensorik und Biobildgebung
• Einzelphotonen

Einen Überblick zu den Exzellenzclustern der Leibniz Universität Hannover finden Sie im Beitrag von Esther Tobschall: Exzellente (Quanten)Forschung an der Leibniz Universität Hannover

Wir haben auch Interviews mit den Sprecher:innen die beiden anderen Exzellenzcluster der LUH geführt:

• Quantencomputer, Atomuhren und Gravitationswellen: Ein Einblick in den Exzellenzcluster QuantumFrontiers
• Vom Cochlea-Implantat zur Gesundheitszentrale am Ohr – ein Einblick in den Exzellenzcluster Hearing4all

Ein Quanten-Preis zum Quantenjahr

Im letzten Jahr hat die Entscheidung des Preiskomitees, den Physik-Nobelpreis 2024 an John J. Hopfield und Geoffrey E. Hinton für ihre wegweisenden Entdeckungen und Entwicklungen, die maschinelles Lernen mit künstlichen neuronalen Netzen ermöglichen, zu verleihen, die Bandbreite der Physik und ihrer interdisziplinären Bedeutung für Fortschritt und Gesellschaft verdeutlicht: Physik ist mehr.

In diesem Jahr scheint das Komitee zu den Wurzeln der Physik zurückzukehren, ohne dabei die Zukunft aus den Augen zu verlieren: Am 10. Dezember 2025 wird John Clarke, Michel H. Devoret und John M. Martinis der Nobelpreis für Physik 2025 „for the discovery of macroscopic quantum mechanical tunnelling and energy quantisation in an electric circuit“ verliehen werden, also letztlich für die sehr konkrete Erforschung und Anwendung physikalischer Grundkonzepte, die dann auch zur Entstehung der Quantentechnologie als neues Fachgebiet beigetragen haben. Selten habe ich beim Lesen des wissenschaftlichen Hintergrunds zum Preis so viel verstanden wie in diesem Jahr. Selten ist so deutlich geworden, wie diese Grundlagen und Konzepte in die Arbeit der Preisträger eingeflossen sind, in Teilen auch eine Reise durch die Geschichte des Nobelpreises und seiner Träger (und viel zu wenigen Trägerinnen).

In ihren Experimenten, die die drei Preisträger gemeinsam an der University of California durchführten und deren Ergebnisse sie unter anderem in

• M. H. Devoret, J. M. Martinis, D. Esteve, J. M. Clarke, „Resonant Activation from the Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction“, Phys. Rev. Lett. 53, 1260 (1984),
• M. H. Devoret, J. M. Martinis, J. Clarke, „Measurement of Macroscopic Quantum Tunneling out of a Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction“, Phys. Rev. Lett. 55, 1908 (1985) oder
• J. Clarke, A. N. Cleland, M. H. Devoret, D. Esteve, J. M. Martinis, „Quantum Mechanics of a Macroscopic Variable: The Phase Difference of a Josephson Junction“, Science 239, 992 (1988).

veröffentlichten, zeigten sie, wie Quantentunneln auf makroskopischer Skala in einem elektrischen Schaltkreis mit zwei Josephson-Kontakten messbar wird.

Basis für diese Experimente war das Wissen um

• den Tunneleffekt als solchen, wie ihn George Gamow 1928 als quantenmechanischen Prozess beim Alpha-Zerfall eines Atomkerns beschrieben hatte,
• die Erklärung des Phänomens der Supraleiter durch Cooper-Paare in der B(ardeen)C(ooper)S(chrieffer)-Theorie (Nobelpreis für Physik 1972),
• die Arbeiten von Leo Esaki und Ivar Giaeve zu Tunneleffekten in Halb- und Supraleitern, sowie von Brian David Josephson zur theoretischen Vorhersage des inzwischen nach ihm benannten Josephson-Effektes (Nobelpreis für Physik 1973 und
• die Beiträge von Alexei A. Abrikosov, Vitaly L. Ginzburg and Anthony J. Leggett zur Theorie der Supraleitung und Suprafluidität (Nobelpreis für Physik 2003).

Insbesondere die theoretischen Arbeiten von Anthony Legget über makroskopisches Quantentunneln in Josephson-Kontakten gaben den Anstoß zu den von Clarke, Devoret und Martinis durchgeführten Experimenten. Last but not least wurde und wird das von den Preisträgern experimentell geschaffene makroskopische Quantensystem gerne mit dem von Erwin Schrödinger (Nobelpreis für Physik 1933) in einem Artikel von 1935 ersonnenen Gedankenexperiment zur Übertragung quantenmechanischer Begriffe auf die makroskopische Welt, Schrödingers Katze, verglichen.

Soweit die geschichtlichen Aspekte des Preises, letztlich haben die Arbeiten der diesjährigen Preisträger aber Tür und Tor für neuere und zukünftige (quantentechnologische) Entwicklungen geöffnet:

• Künstlichen „Atome“ auf makroskopischer Skala, durch die weitere Quantensysteme simuliert werden konnten und können, was zu einem tieferen Verständnis quantenphysikalischer (mikroskopischer) Effekte führt.
• Qubits (Quantum Bits) in Supraleiter-Schaltungen sowie die cQED (circuit Quantum Elektrodynamics) als Bauelemente von Quantencomputern.

Fachgebiete, wie z.B. die Quantenoptik, konnten ihr Forschungsspektrum auf Bereiche ausdehnen, die atomphysikalisch nicht zugänglich sind, was sehr schön in der Arbeit des Exzellenzclusters PhoenixD am Beispiel konkreter Demonstratoren zu sehen ist.

Eine eigene Zusammenfassung ihrer Arbeiten geben Clarke, Devoret und Martinis mit einem 2020 erschienenen Artikel in Nature Physics: Quantum Josephson junction circuits and the dawn of artificial atoms.

Wer darüber hinaus weitere Fachliteratur zu den Forschungsthemen des Physik-Nobelpreises 2025 erkunden will, wird selbstverständlich im TIB-Portal fündig, z.B. mit Suchanfragen nach den Schlagworten

• Josephson-Kontakt
• Qubit
• Quantencomputer

Auch die freie Suche nach Qubit Josephson liefert viele interessante Treffer und zeigt mit der hohen Zahl an Patentinformationen die Relevanz dieser Themen für industrielle Anwendungen.

Wie in jedem Jahr teste ich die arXiv-Affinität der Preisträger und bin 2025 erfreut: Sowohl John Clarke als auch Michel H. Devoret und John M. Martinis sind mit einer großen Zahl an Papern auf arXiv vertreten.

Umfangreiche Publikationslisten der drei Autoren lassen sich selbstverständlich in kostenpflichtigen Literaturdatenbanken, wie zum Beispiel Web of Science oder Scopus erfragen, eine „offene“ Variante ist die Nutzung von OpenAlex. Hier sind von John Clarke über 700, von Michel H. Devoret mehr als 500 und von John M. Martinis über 600 Veröffentlichungen nachgewiesen. Dass es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um die richtigen Autoren handelt, lässt sich über die ausgezeichneten Filterfunktionen in OpenAlex feststellen.

Die 2025 Nobel Prize Lectures in Physics können wir am 8. Dezember 2025 ab 9 Uhr live verfolgen.

Für eine funktionierende Wissenschafts- und Publikationskultur

Auf eine weitere wichtige Aktivität der den Nobelpreis für Physik zu verantwortenden Organisation, der Royal Swedish Academy of Sciences, möchte ich an dieser Stelle hinweisen: Im Sommer 2025 hat diese einen Workshop veranstaltet, der sich mit dem zunehmenden Problem von Fake Science in Publikationen befasst hat. Entstanden ist dabei die Stockholm Declaration, die neben einer guten Übersicht bisheriger Deklarationen für Reformen im wissenschaftlichen Publikationswesen kurz und prägnant wesentlichen Punkte zur Sicherstellung einer auch in Zukunft (und in Zeiten Generativer AI) funktionierenden Wissenschafts- und Publikationskultur aufführt. Mögen sie in den Communities Gehör finden!

Wer die Stockholm Declaration unterschreiben möchte, kann das hier tun: https://sciii-it.org/stockholm-declaration/

2025 ist International Year of Quantum Science and Technology, diese Woche ist Open Access Week. Was liegt also näher, als sich den Stand von #OpenAccess in der #Quantenphysik ein bisschen näher anzuschauen? Das haben @tobschalle und ich im TIB-Blog getan: Wie hoch ist der Open-Access-Anteil unter den Publikationen? Und wie offen haben eigentlich die diesjährigen Nobelpreisträger publiziert?

https://blog.tib.eu/2025/10/22/open-access-in-der-quantenphysik

#OAWeek25 #Quantenjahr2025

Open Access in der Quantenphysik

In den 100 Jahren ihres Bestehens hat die Quantenphysik kleinere, größere und bahnbrechende Ergebnisse hervorgebracht, dokumentiert in unzähligen Publikationen. Auch wenn viele davon vermutlich nur einem eher kleinen Kreis verständlich sind, ist es gut und wichtig, wenn diese – sei es für die Öffentlichkeit, sei es für Forschende an finanzschwachen Einrichtungen – frei zugänglich und nachnutzbar sind.

Open Access

Wie hoch ist nun der Open-Access-Anteil der Publikationen aus der Quantenphysik? Eine Suche nach den Topics „Quantum Mechanics and Applications“, „Quantum many-body systems“, „Quantum optics and atomic interactions“, „Quantum Computing Algorithms and Architecture“, „Quantum Information and Cryptography“ und „Quantum chaos and dynamical systems“ in der bibliografischen Datenbank OpenAlex ergibt 406.500 Publikationen, davon sind 41,9 % Open Access. Wenn man den Zeitraum auf die Jahre 2015 bis 2025 einschränkt, beträgt der Open-Access-Anteil 56,5 %. Das ist deutlich höher als der Durchschnitt (23 % bzw. 37,5 %). Was die Verteilung nach Open-Access-„Farben“ betrifft, sind laut OpenAlex 66 % der Open-Access-Publikationen im grünen Weg (als Zweitveröffentlichung oder Preprint) erschienen, 15 % im Gold Open Access, also also frei zugängliche Erstveröffentlichung, der Rest wird einem der anderen Wege (Bronze, Hybrid, Diamond) zugeordnet.

Grün …

Der hohe Anteil des grünen Open Access ist kein Zufall, wie in anderen Gebieten der Physik spielt der Preprint-Server arXiv eine zentrale Rolle. Der Bereich Quantum Physics (quant-ph) auf arXiv existiert seit Dezember 1994. Waren es im gesamten Jahr 1995 gerade einmal 332 Dokumente, werden inzwischen  monatlich über 1.000 Preprints hochgeladen, im September 2025 wurde der bisherige Höchststand mit 1432 Dokumenten erreicht.

… und Gold

Auch der goldene Weg wird in der Quantenphysik zunehmend beschritten, der Anteil an Gold Open Access am gesamten Publikationsaufkommen ist von 8 % im Jahr 2015 auf 20 % im Jahr 2024 gestiegen. Das Directory of Open Access Journals (DOAJ) findet mit dem Schlagwort „quantum“ genau 50 Zeitschriften. Ein positiv hervorzuhebendes Beispiel ist die seit 2017 erscheinende Zeitschrift Quantum. Diese wurde aus der Community heraus gegründet aufgrund der Unzufriedenheit mit traditionellen, gewinnorientierten und auf den Impact Factor fokussierten Publikationsmodellen. Quantum ist ein arXiv-Overlay-Journal, das die Infrastruktur von arXiv für die Einreichung nutzt und damit einfach und kostengünstig ist. Quantum verlangt Gebühren (APCs), diese sind aber deutlich niedriger als bei anderen Zeitschriften und die Zeitschrift ist sehr transparent bezüglich ihrer Finanzen. Quantum hat im übrigen mittlerweile einen relativ hohen Impact factor, die Zeitschrift wirbt damit aber nicht auf ihrer Website.

OA und der Nobelpreis für Physik 2025

Aus aktuellem Anlass, der Bekanntgabe der Preisträger des Nobelpreises für Physik 2025, der an John Clarke, Michel H. Devoret und John M. Martinis „for the discovery of macroscopic quantum mechanical tunnelling and energy quantisation in an electric circuit“ geht, hier noch eine Auswertung der OA-Affinität dieser drei Quantenphysiker: OpenAlex liefert für die Paper der Autoren einen Open-Access-Anteil von (leider nur) 30% plus minus über alle Jahre, für die neueren Publikationen (seit 2021) steigt er aber auf über 60%. Interessant ist die Analyse der am häufigsten zitierten Artikel: Sowohl bei Michel H. Devoret (mit mehr als 3.000 Zitierungen) als auch bei John M. Martinis (über 2800 Zitierungen) sind diese auch im Open Access verfügbar. Nur bei John Clarke (mehr als 1.900 Zitierungen) ist dieser Artikel Closed. Ob hier der Open-Access-Status eine Einfluss auf die Zahlen hat, ist wahrscheinlich Auslegungssache, dennoch ist es eine interessante Beobachtung.

Beitragsbild: Gerd Altmann CC0, via publicdomainpictures.net

Quantencomputer, Atomuhren und Gravitationswellen: Ein Einblick in den Exzellenzcluster QuantumFrontiers

Der Exzellenzcluster QuantumFrontiers hat erfolgreich die Bewilligung für seine zweite Förderphase erhalten und wird ab Januar 2026 für weitere sieben Jahre mit einer Millionenförderung unterstützt. Diese Entscheidung ist Teil des herausragenden Erfolgs der Leibniz Universität Hannover, die mit drei bewilligten Exzellenzclustern nun die Voraussetzungen erfüllt, um sich als Exzellenzuniversität zu bewerben.

Ein kurzer Überblick zu QuantumFrontiers

QuantumFrontiers hat sich zum Ziel gesetzt, die Grenzen des Messbaren zu verschieben und Quanteneffekte für Präzisionsmessungen von bisher unerreichter Genauigkeit zu nutzen. Der Cluster vereint Forschende aus Physik, Ingenieurwissenschaften, Informatik sowie Sozial- und Bildungswissenschaften und entwickelt bahnbrechende Technologien wie Atominterferometer, optische Uhren und Gravitationswellendetektoren der nächsten Generation. Diese Systeme ermöglichen nicht nur die Suche nach unbekannten Kräften und dunkler Materie, sondern auch präzise Erdbeobachtung für klima- und umweltrelevante Prozesse.

Das Konsortium umfasst sechs renommierte Partnerinstitutionen: die Leibniz Universität Hannover als Sprecherin, die TU Braunschweig, die Physikalisch-Technische Bundesanstalt, das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, das Laser Zentrum Hannover und das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation. Gemeinsam repräsentieren sie eine weltweit einmalige Kombination aus Expertise und Infrastruktur. Unter dem Motto „Sharing Science“ engagiert sich QuantumFrontiers aktiv im Wissens- und Technologietransfer und ist maßgeblich am Quantum Valley Lower Saxony beteiligt, wo Forschungsstärke mit industriellen Anforderungen verknüpft wird.

Im Interview: Prof. Dr. Silke Ospelkaus, Sprecherin von QuantumFrontiers

Von Atomuhren bis Gravitationswellen: Erfolge der ersten Förderphase

QuantumFrontiers strebt Messungen an der Quantengrenze mit bislang unerreichter Präzision an. Was bedeutet das konkret – und welche wissenschaftlichen Durchbrüche konnten in der ersten Förderphase bereits erzielt werden?

Silke Ospelkaus: Unser zentrales Thema ist die Quantenmetrologie: Wir erforschen die Grenzen des Messens und zwar von den ganz kleinen Maßstäben, wie etwa einzelnen Ionen oder Atomen, bis hin zu den ganz großen Maßstäben, beispielsweise Gravitationswellen. Und im Kleinen wie im Großen wollen wir diese Grenzen verschieben, um unser Verständnis der Welt zu erweitern. Denn genaue Messungen sind entscheidend für jeden Fortschritt in Physik und Technologie.

In der ersten Förderperiode haben wir eine weltweit führende Position bei der Entwicklung und Erforschung von Atomuhren eingenommen. Wir haben die besten Uhrenlaser der Welt, die genauesten Atomuhren Europas und mit der ersten Realisierung einer neuartigen Atomkernuhr haben wir einen großen Schritt hin zur nächsten Generation von Atomuhren gemacht. Daran haben Forschende zwanzig Jahre gearbeitet.

Oder unser Beitrag zur Entdeckung der Gravitationswellen. Erst die Laserlichtquellen aus Hannover haben das internationale Netzwerk an Detektoren auf das Empfindlichkeitslevel gebracht, das nötig war, um Gravitationswellen schließlich nachweisen zu können.

In den letzten sieben Jahren haben wir QuantumFrontiers zu einem weltweit einzigartigen Zentrum der Quantenmetrologie aufgebaut. Und das ist erst der Anfang: In den kommenden sieben Jahren werden wir gemeinsam mit unseren Partnern die Grenzen des Messbaren weiter verschieben und Wissenschaft und Gesellschaft nachhaltig prägen.

Quantentechnologien für Grundlagenforschung und Alltagsanwendungen

Optische Uhren, Atominterferometer, Gravitationswellendetektoren: Das klingt nach High-End-Technologie der Zukunft. Welche dieser Systeme stehen aktuell besonders im Fokus – und was sind ihre potenziellen Anwendungen in Wissenschaft und Gesellschaft?

Silke Ospelkaus: Viele grundlegende Fragen der Physik sind bis heute unbeantwortet. Ein zentrales Beispiel ist das ungelöste Problem der Vereinheitlichung der Gravitation mit der Quantenfeldtheorie. Während die Allgemeine Relativitätstheorie die Gravitation beschreibt, basiert unser Verständnis der übrigen fundamentalen Wechselwirkungen auf dem Standardmodell der Teilchenphysik – eine konsistente Theorie, die beide Bereiche vereint, fehlt bislang. Ebenso wissen wir aus zahlreichen Beobachtungen, dass dunkle Materie und dunkle Energie existieren müssen, doch ihre genaue Natur bleibt unbekannt.

Hochpräzise Messinstrumente könnten helfen, diese offenen Fragen zu beantworten. Sie ermöglichen es, kleinste Abweichungen von bekannten physikalischen Gesetzen aufzuspüren und damit potenziell neue Erkenntnisse jenseits des Standardmodells zu gewinnen.

Unsere Forschung beschränkt sich jedoch nicht nur auf grundlegende Fragen der Physik. Sie bildet auch die Basis für praktische Anwendungen, wie zum Beispiel in der Navigation. So ist etwa die Positionsbestimmung in Navigationssystemen, wie sie in Smartphones oder Fahrzeugen eingesetzt wird, nur durch die hohe Genauigkeit von Atomuhren möglich. Diese liefern die präzisen Zeitangaben, die zur exakten Ortsbestimmung benötigt werden.

Darüber hinaus sind genauere Messmethoden entscheidend für die präzise Erdbeobachtung und die Entwicklung robuster, effizienter Quantensensoren. Diese Technologien können wertvolle Einblicke in umwelt- und klimarelevante Prozesse wie Veränderungen des Wasserkreislaufs bieten.

Neue Horizonte: Quantencomputer im Fokus der zweiten Förderphase

In der zweiten Förderphase wollen Sie „die Grenzen des Messbaren“ weiter verschieben. Welche konkreten Forschungsfragen oder Technologien sind dabei richtungsweisend?

Silke Ospelkaus: Wir werden auf unseren Erfolgen aufbauen und haben uns ambitionierte Ziele gesetzt. Im Bereich der Uhren wollen wir das nächste Präzisionslevel erreichen und Uhren mit einer Ungenauigkeit von 10-19, also 19 Stellen hinter dem Komma realisieren. Diese schaffen im Bereich der Fundamentalphysik oder der Geodäsie ganz neue Möglichkeiten – etwa um das Rätsel der dunklen Materie lösen zu können.

Wir machen aber nicht nur einfach weiter wie bisher, sondern haben unser Forschungsprogramm um neue Aspekte ergänzt. Das Thema Quantencomputer war bisher kein Schwerpunkt von QuantumFrontiers. Mit unseren Kompetenzen bei gefangenen Ionen, in der Kontrolle von Vielteilchensystemen und theoretischen Modellen fügt es sich aber extrem gut in unsere Aktivitäten ein. Hier werden wir in den kommenden Jahren einen neunen Fokus setzen und einen entscheidenden Beitrag zum fehlertoleranten Quantencomputing leisten, eine Technik die Materialwissenschaft, Kryptographie und Kommunikation revolutionieren kann.

Interdisziplinarität als Schlüssel: Quantenforschung für die Gesellschaft

QuantumFrontiers ist ein interdisziplinäres Großprojekt. Welche Rolle spielen dabei die Sozial- und Bildungswissenschaften, die auf den ersten Blick nicht direkt mit Quantenphysik assoziiert werden?

Silke Ospelkaus: Die Quantentechnologien haben das Potential für tiefgreifende Veränderungen. Wir müssen uns auch als Forschende mit den gesellschaftlichen Auswirkungen und kulturellen Kontexten befassen. Wir wollen die Gesellschaft „quantenfit“ machen. Das bedeutet, Verständnis und Begeisterung für Quantenphysik und -technologien müssen gefördert und talentierte junge Menschen für diese Bereiche gewonnen werden. Mit unserem neuen Schwerpunkt Sharing Science wollen wir – gemeinsam mit Forschenden aus den Sozialwissenschaften – sicherstellen, dass der Transfer von Forschungswissen in Wirtschaft, Politik und Gesellschaft positiv gelingt.

Seit Beginn engagiert sich QuantumFrontiers auch in der Nachwuchsförderung an Schulen. Wir haben dazu das Schüler*innenlabor foeXlab sowie unsere MasterClasses etabliert. Damit bieten wir Workshops für Schülerinnen und Schüler an, um ihnen grundlegende Konzepte der Quantenphysik nahezubringen. Wir entwickeln Lehrmaterialien, die komplexe Quantenkonzepte in verständliche Einheiten für den Schulunterricht umwandeln. Und wir bieten Lehrveranstaltungen für angehende Lehrkräfte an.

Starke Vernetzung: Das Erfolgsrezept der Kooperation

Der Cluster vereint einige der renommiertesten Institutionen aus Forschung und Technologie. Wie gelingt die standortübergreifende Zusammenarbeit – und was macht das Netzwerk besonders effektiv?

Silke Ospelkaus: QuantumFrontiers, das sind mehr als 400 Forschende, von sieben Einrichtungen in Hannover, Braunschweig und Bremen. Wir profitieren maßgeblich von der engen Vernetzung und Kollaboration zwischen den beteiligten Institutionen. Gemeinsame Forschungsziele ermöglichen eine klare Ausrichtung auf wissenschaftliche und technologische Herausforderungen. Wir haben dafür die flexible Struktur der Topical Groups geschaffen, die als kleine, effiziente Forschungsgruppen die Forschenden über Instituts– und Institutionsgrenzen hinweg vernetzen.

Unser Netzwerk zeichnet zudem eine starke interdisziplinäre Zusammenarbeit aus. Die Vielfalt der Expertise, die von Grundlagenforschung bis hin zu angewandter Wissenschaft reicht, von der Physik über die Geodäsie zu den Ingenieurswissenschaften, diese Vielfalt ermöglicht es uns, neue Lösungen für komplexe Probleme zu entwickeln. Und die offene und kooperative Kultur innerhalb des Clusters fördert den Austausch und inspiriert zu innovativen Ideen.

Ratschläge für den wissenschaftlichen Nachwuchs

Was würden Sie Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern raten, die sich für Forschung an der Schnittstelle von Quantenphysik, Technologie und Gesellschaft interessieren?

Silke Ospelkaus: Bringt Neugier und Offenheit mit. Die Quantenforschung ist ein dynamisches und sich schnell entwickelndes Feld, das viel Raum für Innovation bietet. Es gibt verschiedene Wege zum Ziel. Erfolg ist oft es eine Kombination aus fachlicher Expertise, praktischen Fähigkeiten und persönlichen Qualitäten.

Ein solides Verständnis der Quantenphysik ist essenziell, sowie spezialisierte Kenntnisse in einigen Bereichen. Aber auch Verständnis für verwandte Disziplinen: Kenntnisse in Bereichen wie Informatik, Ingenieurwissenschaften oder Materialwissenschaften können den eigenen Schwerpunkt ergänzen.

Dazu kommen persönliche Qualitäten wie Kreativität und Problemlösungsfähigkeit. Die Arbeit an der Schnittstelle von Disziplinen erfordert oft Zusammenarbeit. Daher sind Teamarbeit und die Fähigkeit zur interdisziplinären Kollaboration essenziell.

Schließlich braucht es Geduld und Durchhaltevermögen. Forschung kann herausfordernd sein, und Ergebnisse sind nicht immer sofort sichtbar. Aber es lohnt sich dranzubleiben. Die Erforschung von Quantenphänomenen und deren Anwendungsmöglichkeiten ist spannend und bietet die Möglichkeit, die Zukunft von Wissenschaft und Technologie zu prägen.

Wir danken Frau Prof. Dr. Ospelkaus sehr für den spannenden Einblick in den Exzellenzcluster QuantumFrontiers!

Neugierig geworden? Hier sind noch ein paar Literaturempfehlungen

Wollen Sie sich weiter in die Themengebiete vertiefen, die in QuantumFrontiers bearbeitet werden? Dann wollen wir ihnen natürlich passende Literatur aus dem Bestand der TIB an die Hand geben:

• Quantenphysik
• Quantenmetrologie
• Quantencomputer
• Atomuhren
• Gravitationswellen

Einen Überblick zu den Exzellenzclustern der Leibniz Universität Hannover finden Sie im Beitrag von Esther Tobschall: Exzellente (Quanten)Forschung an der Leibniz Universität Hannover

#Exzellenzcluster #LUH #Quantenjahr2025 #QuantumFrontiers

Das #Quantenjahr2025 ist im vollem Gange und wir 🥳 feiern mit. In einem Blogbeitrag der @tibhannover zeigen wir, warum so viel 🚀 Potential in der offenen Lehre für die #Quantenphysik liegt 👉 https://blog.tib.eu/2025/08/13/warum-steckt-so-viel-potential-in-der-offenen-lehre-fuer-die-quantenphysik/

#OER #OERde #CCLde #hochschuldidaktik #OpenEducation #FediCampus #FediLZ #AcademiaEdu #AcademicMastodon #openscience #physikEdu

Warum steckt so viel Potenzial in der offenen Lehre für die Quantenphysik?

Die Welt, in der wir leben, ist nicht selten kompliziert: Ist Licht am besten beschrieben als Welle oder als Teilchen? Wie können die komplexen Antworten darauf für alle zugänglich und ansprechend vermittelt, diskutiert und verstanden werden? Zunächst mögen diese zwei Fragen wenig miteinander zu tun haben. Doch in diesem Blogbeitrag möchten wir zeigen, dass offene Bildungsressourcen (auch Open Educational Resources oder kurz OER genannt) und Quantenmechanik nicht nur zusammenpassen, sondern in der heutigen Welt untrennbar verbunden sind.

Während die Quantenmechanik ihr 100-jähriges Bestehen feiert, sind OER deutlich jünger. Erst prägte die UNESCO den Begriff „Open Educational Resources“. Darunter werden alle digitalen sowie analogen Bildungsmaterialien verstanden, die unter einer offenen Lizenz veröffentlicht wurden und damit kostenfrei und rechtskonform von Dritten bearbeitet, verbreitet und weitergenutzt werden können. Dazu hat sich im Bildungsbereich die offene Lizensierung mit Creative Commons Lizenzen als Standard durchgesetzt. Insbesondere für die Nachnutzung ist der Ort wichtig, an dem diese Lehrmaterialien einfach und leicht auffindbar abgelegt werden können: Wie zum Beispiel im Portal twillo für die Hochschullehre, welches vom niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur gefördert und von der TIB gemeinsam mit der Universität Osnabrück, dem Elan e. V. und dem HIS-HE betrieben und weiterentwickelt wird.

Von geschlossenen Anfängen …

Im Kontrast zu Offenheit von OER war die Physik und ihre Lehre am Anfang des 20. Jahrhunderts sichtlich geschlossener: Einerseits war die Geschlossenheit der wissenschaftlichen Community Resultat struktureller Diskriminierung. Viele Wissenschaftler:innen und gerade Physiker:innen hatten es schwer, gebührend anerkannt zu werden. Wie der vorangegangene Blogbeitrag von Esther Tobschall Quantenphysik: Domäne der Männer? eindrucksvoll verdeutlicht, halten diese strukturellen Diskriminierungen und Ausgrenzungen bis heute an. Geradezu symptomatisch ist, dass sich lediglich vier Physikerinnen unter den Nobelpreistragenden befinden. Umso wichtiger ist es herauszustellen, dass es, wie die Arbeitsgruppe Chancengleichheit der Deutschen Physikalischen Gesellschaft sichtbar macht, bedeutende Quantenphysikerinnen durchaus gab und gibt.

Andererseits war die Geschlossenheit der Community der Quantenphysiker:innen zu einem großen Teil der Zeit geschuldet. Obwohl das Internet noch nicht erfunden war, fand ein reger, aber sehr begrenzter Austausch zwischen Physiker:innen statt. Der Briefverkehr zwischen ihnen ist teils bis heute erhalten (und teils online verfügbar): So schreiben sich Albert Einstein und Max Born zwischen 1916 und 1955 einige Briefe. Darunter auch ein Brief, in dem Einstein Born unterstellt, er glaube „an den würfelnden Gott“ im Streit um quantenmechanische Prinzipien, die je nach Auslegung als unvollständig angesehen werden könnten. Daraus entstand später der berühmt verkürzte Satz „Gott würfelt nicht“, welcher sich auch in Bildungsmaterialien (zum Beispiel zur Quantenkryptographie) wiederfindet. Weiterhin zeigen auch Werner Heisenbergs Briefe an Wolfgang Pauli, wie sie sich zu verschiedensten Ansätzen und Implikationen der ab 1921 entstehenden Quantenphysik austauschten. Die wissenschaftliche Kommunikation dieser Zeit fand also auf persönlicher und somit nicht öffentlicher Ebene statt, wodurch einerseits aktuelle Gedanken, Thesen und Argumente nicht von allen nachvollzogen werden konnten. Andererseits waren diese Diskussion auf wenige, bereits in ihrem Fachbereich etablierte Personen begrenzt.

… über Lichtblicke …

In solchen Briefwechseln sticht aber gerade ein Brief exemplarisch hervor: 1933 dankt Grete Hermann Paul Dirac für ihr durch dessen Lehrbuch über die Prinzipien der Quantenmechanik gewonnenes „Verständnis für die Geschlossenheit und Schönheit dieser Theorie“. Diese Korrespondenz zeigt, welche Wichtigkeit die Verfügbarkeit von Lehrbüchern im Besonderen für Wissenschaftlerinnen gespielt haben könnte. Auch Richard Feynman erkannte um 1950, dass methodologisch und didaktisch gut aufbereitete Lehre gerade im Angesicht der Komplexität der (Quanten-)Physik wichtig ist. So entwickelte und nutzte er eine Methode mit vier iterativ wiederholbaren Schritten, die helfen kann Lernprozesse zu strukturieren und Wissenslücken zu identifizieren. Passenderweise findet sich diese Feynman-Methode auch heute in OER, zum Beispiel als Lerntechnik.

… hin zu einer wirklich offenen Zukunft!

Heute bergen OER immense Potenziale für die Physik und die Quantenmechanik: Offen lizensierte Bildungsmaterialien erlauben eine breitere Verfügbarmachung der Grundlagen für alle Interessierten, sodass damit auch weiterhin bestehende strukturelle Ungerechtigkeiten abgebaut oder zumindest abgedämpft werden können. Weiterhin sind gerade öffentlich zugängliche und gleichzeitig qualitative hochwertige Lehrmaterialien im Themenbereich der Quantenphysik wichtig, da deren Begrifflichkeiten heute nicht selten pseudowissenschaftlich (aus)genutzt werden.

Es gibt bereits zahlreiche OER, die im Themenbereich der Quantenphysik angesiedelt sind, von denen wir aus Platzgründen nur einige, wenige nennen können. So zum Beispiel:

• Ein umfangreiches Vorlesungsskript zur Atomphysik, in dem quantenphysikalische Prinzipien und wichtige mathematische Formalismen, wie die Dirac’sche Deltafunktion, die Heisenberg’sche Unschärferelation oder das Pauli-Prinzip behandelt werden.
• Ein einsteigerfreundlicher Moodle-Kurs, mit vielen Quizzes, der die Chancen der Selbstüberprüfung und des eigenständigen Lernens unterstreicht.
• Oder Simulationen, die Quantenmechanik anschaulich machen, wie zum Beispiel über das seltsame Verhalten quantenmechanischer Teilchen oder über den Photoelektrischen Effekt, der als das Experiment gilt, dass die Notwendigkeit einer neuen Physik aufgezeigt hat.
• Der Gedanke der offenen Bildung kann aber auch darüber hinaus die Lehre der Physik bereichern: So gibt es auch OER zum Einsatz von digitalen Bildungsmaterialien in der Physikdidaktik.

Das größte Potenzial liegt wohl in der Zukunft: Darin, Hochschullehrende in der Physik und gerade in der Quantenphysik dafür zu begeistern, ihre Lehre offen zu lizensieren und auf OER-Portalen wie twillo für andere Lehrende zur Nachnutzung, für Studierende zur Lernunterstützung und für Interessierte zum Stöbern verfügbar zu machen.

Unser Wunsch dabei ist, dass die Quantenphysik von OER profitieren kann, wie die OER bereits von der Quantenmechanik profitiert haben. Denn ohne die Quantenmechanik gäbe es digitale und damit leicht teilbare Formen von Bildungsmaterialien nicht. Erst die Idee der Quantelung (das heißt, dass Energie nur bestimmte diskrete Werte annehmen kann) und das Pauli-Auschlussprinzip (das heißt, dass Elektronen nur bestimmte Energieniveaus besetzten können) haben Halbleiter und damit unsere gesamte IT-Infrastruktur möglich gemacht.

Kontakt

Wenn Sie selbst Lehrmaterialien haben, die Sie als OER auf twillo veröffentlichen möchten, wenden Sie sich gerne an uns: [email protected].

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Quantenphysik: Domäne der Männer?

Das offizielle Narrativ der Geschichte der Quantenphysik nennt vor allem die Namen bedeutender Männer: Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Arnold Sommerfeld, Werner Heisenberg, Max Born, Pascual Jordan, Paul Dirac, Louis de Broglie, Erwin Schrödinger. Dass auch Wissenschaftlerinnen wesentiche Beiträge geleistet haben, wurde bisher selten erzählt. Wie gut, dass das International Year of Quantum Science and Technology (IYQ) hier ein Umdenken und Nachforschen angestoßen hat.

Seit 2021 beschäftigt sich die WiHQP-Kollaboration mit den Frauen in der Geschichte der Quantenphysik. Dabei ist das Buch Women in the History of Quantum Physics: Beyond Knabenphysik entstanden, das unlängst erschienen ist und auf dessen elektronische Ausgabe wir dank unserer aktuellen EBA-Lizenz für die CambridgeCore E-Books ebenfalls Zugriff haben. Neben einer sehr lesenswerten Einleitung, die möglichen Gründen für die mangelnde Anerkennung von Wissenschafterinnen nachgeht, enthält das Werk die Biographien von 16 Forscherinnen, die maßgeblich an Entwicklungen auf dem Gebiet der Quantenphysik beteiligt waren:

• Williamina Fleming (1857−1911)
  
• Hendrika Johanna van Leeuwen (1887−1974)
• Hertha Sponer (1894-1968)
• Lucy Mensing (1901−1995)
• Jane Dewey (1900−1976)
• Laura M. Chalk (1904−1996)
• Elizabeth Monroe Boggs (1913−1996)
• Katharine Way (1902−1995)
• Sonja Ashauer (1923–1948)
• Chien-Shiung Wu (1912–1997)
• Grete Hermann (1901–1984)
• Lídia Salgueiro (1917–2009)
• Carolyn Beatrice Parker (1917–1966)
• Freda Friedman Salzman (1927–1981)
• Maria Lluïsa Canut (1924–2005)
• Ana María Cetto Kramis (born 1946)

Mal ehrlich: Hätten Sie sie alle gekannt? (Ich nicht.)

Fehlende Anerkennung für Forscherinnen in der Quantenphysik

So unterschiedlich die Geschichten dieser Frauen – ebenso wie ihre jeweilige Forschungsausrichtung – sind, zeigen sie doch „how individual women scientists struggled with social conventions, scientific culture, and the – often unconscious or internalized – prejudices they confronted.“

Isolation der Frauen im Wissenschaftssystem

Auch wenn es eine heute unterschätzte Zahl von Wissenschaftlerinnen gab, waren es insgesamt doch wenige, so dass sie sich häufig als einzige Frau unter vielen Männern wiederfanden. Der Zutritt zu den männlichen Netzwerken („Knabenphysik“) wurde ihnen verwehrt, eigene Netzwerke konnten sie nur schwer aufbauen. Frauen waren vom Wohlwollen einzelner Mentoren abhängig und mussten sich häufig mit nachrangigen Stellen begnügen. Das Ergebnis war die wissenschaftliche Unsichtbarkeit.

So lässt sich nur vermuten, welcher Anteil der Leistungen großer Wissenschaftler auf der ungenannten und teilweise sogar unbezahlten Arbeit der ihnen untergebenen Frauen beruht (Matilda-Effekt). Oder wie es im Buch so schön formuliert wird:

„Rather than standing on the shoulders of giants, the scientists who have achieved celebrity status often stood on the backs of a great number of ,hidden figures‘, both men and women.“

Eine besondere Rolle spielen hier die Fälle von wissenschaftlich zusammenarbeitenden (Ehe)Paaren. Erleichterte ein unterstützender Gatte zwar den Zugang zu Laboratorien und in die Forschung außerhalb gängiger Normen, so war die Frau dann häufig keine gleichrangige Partnerin, sondern wurden zur Zuarbeiterin ihres Mannes. In anderen Fällen verwehrte die Furcht vor einer Vorteilsbeschaffung durch und für Familienangehörige durch Anti-Nepotismus-Richtlinien die Anstellung verheirateter Frauen an der Forschungseinrichtung des Partners.

Vorurteile hinsichtlich der intellektuellen Fähigkeiten von Frauen und (männliche) Wettbewerbskultur

Noch heute (und das hat mich sehr erschreckt) wird Frauen von Natur aus weniger Talent gerade in Fächern wie Mathematik und Physik zugesprochen, was eine 2015 von Psycholog:innen durchgeführte Studie zeigte. Da ich mit dem Grips‘schen „Wer sagt, dass Mädchen dümmer sind, der spinnt, der spinnt, der spinnt“ großgeworden bin, dachte ich, dass mit diesem Stereotyp längst aufgeräumt worden wäre. Ganz so einfach wie in dem Lied ist es wohl nicht. Frauen sind zwar nicht dümmer, mögen aber nicht immer gewisse (Macht)Spiele der Männer mitmachen, so fühlen sich viele Frauen zum Beispiel in hochkompetitiven Umfeldern unwohl.

Karriereunterbrechungen

Stärker als Männer (und früher mehr als heute) sind Frauen von Unterbrechungen ihrer Laufbahn als Wissenschaftlerin betroffen. Von den Autor:innen wird das mit „Gender norms, stereotypes, and biases, and the related social pressure to conform to such norms can help explain some of the interrupted careers of women in twentieth century physics“ erklärt. Ich ärgere mich auch heute noch, wenn in den Medien von der Vereinbarkeit von Familie und Beruf „für Frauen“ statt „für Eltern“ gesprochen wird …

Intersektionalität

Für einige der porträtierten Wissenschaftlerinnen lässt sich zusätzlich eine Überschneidung und Gleichzeitigkeit verschiedener Formen von Diskriminierung feststellen. Sei es, dass sie als Jüdinnen durch Nazi-Gesetze betroffen waren und emigrieren mussten, sei es die chinesische Herkunft oder als Woman of Colour in Zeiten der US-amerkanischen Rassentrennung.

Ein paar Lesetipps zur Vertiefung

Wer über diese gemeinsamen Randbedingungen dieser 16 Frauen hinaus etwas mehr über einzelne Wissenschaftlerinnen erfahren möchte, sei auf folgende Quellen verwiesen:

• Highlighting Women in Quantum History auf quantum2025.org mit ausgewählten Kurzbiographien
• Das Dossier Quantenphysikerinnen, eine Zusammenstellung von Artikeln aus dem Physik-Journal
• Quantenphysikerinnen von den Anfängen bis heute 2025, eine Seite des Arbeitskreises Chancengleichheit (AKC) der Deutschen Physikalischen Gesellschaft mit wichtigen Namen auf dem Gebiet der Quantenfoschung
• Rethinking Physics: Quantenfrauen, eine Intitiative des Exzellenzcluster ct.qmat – Complexity and Topology in Quantum Matter mit Portraits junger und etablierter, begeisterter und begeisternder Quantenforscherinnen
• und natürlich die 400 Seiten von Women in the History of Quantum Physics: Beyond Knabenphysik

Eine kleine Begebenheit zum Abschluss

Als ich vor einigen Monaten das schöne Werk Attention is discovery: the life and legacy of astronomer Henrietta Leavitt über Henrietta Swan Leavitt (1868–1921), immerhin Leiterin der Abteilung für fotografische Fotometrie des Harvard College Observatory, zur Sacherschließung auf dem Tisch hatte, musste ich feststellen, dass im GND-Satz als Berufsbezeichnung „Amateurastronomin“ eingetragen war. Was habe ich geschimpft! (Meine Kolleg:innen können das bestätigen.) Da war es wieder, das Problem der Frauen in der Wissenschaft (siehe Punkt 1): Zu Beginn ihrer Zeit hat Henrietta Swan Leavitt kein Gehalt für ihre Tätigkeit erhalten (und später mutmaßlich weniger als ähnlich qualifizierte Männer). Natürlich habe ich den Eintrag sofort korrigiert.

Und noch ein Lektüretipp

Ach ja, und weil gerade Ferienzeit ist, ein kleiner Tipp für die Urlaubslektüre: Lessons in Chemistry bzw. eine Frage der Chemie von Bonnie Garmus. Ich habe es im letzten Sommer regelrecht absorbiert. Was die Protagonistin aufgrund der Rollenvorstellungen und Sterotypen der frühen 1960-er Jahre als Forscherin in einem US-amerikanischen Labor und (später) als alleinerziehende Mutter ertragen musste, ist ein zentrales Thema des Buches, neben weiteren wichtigen Inhalten wie zum Beispiel Rudern, Kochen, klugen Töchtern und natürlich auch Chemie. (Der Begriff der Abiogenese ist mir zum ersten Mal in desem Buch begegnet und prompt gab es den passenden Titel dazu Abiogenesis: the physical basis for living systems.) Ein tolles Buch, nicht nur für (Physiko-)Chemiker:innen. Ein Buch, das die Vielfalt des Lebens, das Anderssein und Authentizität auf eine sehr menschliche und mitfühlende Art würdigt: „Courage is the root of change – and change is what we are chemically designed to do. So when you wake up tomorrow, make this pledge. No more holding yourself back. No more subscribing to others‘ opinions of what you can and cannot achieve.“

Mit Thomas de Padova geht das Format "Quanten: Das Wissen der Literatur" in die zweite Runde. 💫💡💫 Der Autor liest aus "Quantenlicht. Das Jahrzehnt der Physik 1919-1929".

📆 2.7. | 19 Uhr | Stadtbibliothek Erlangen

🔗 https://www.stadtbibliothek-erlangen.de/de/themenseite/aktuelles-veranstaltungen/veranstaltungen/veranstaltung-detail?r=1&config=stadtbibliothek_erlangen_startseite&vid=347981_2025-07-02T19:00

@FAU #Quantenjahr2025

📸 Thomas de Padova © Götz Schleser

Exzellente (Quanten)Forschung an der Leibniz Universität Hannover

Ende Mai ist es in einer Pressemitteilung bekannt gegeben worden: Die drei Exzellenzcluster an der Leibniz Universität Hannover (LUH) PhoenixD, QuantumFrontiers und Hearing4all.connects gehen in die Verlängerung. Herzliche Glückwünsche! Ein schöner Anlass, um hier im TIB-Blog die Exzellenzcluster mit ihren Forschungsschwerpunkten kurz vorzustellen und der Quantenphysik in ihren Forschungsinhalten nachzuspüren.

QuantumFrontiers

Bei QuantumFrontiers wird der Quantenbezug ziemlich offensichtlich im Namen des Clusters hergestellt. In der Presseinformation lesen wir über den Exzellenzcluster: „Zentrales Ziel ist, Messungen an der Quantengrenze mit bisher unerreichter Präzision durchzuführen – und sowohl die Grundlagenforschung voranzutreiben, als auch Anwendungen in der Quantentechnologie zu erschließen“ und „Mit der Quantenmetrologie dringen wir in unerforschtes Gebiet vor und erreichen nie dagewesene Präzision.“ Das zentrale Thema und gemeinsamer Nenner der sehr speziellen Forschungsprojekte in QuantumFrontiers ist also die Quantenmetrologie. Die Anwendungen sind dann erstaunlich vielfältig: von der Optischen Uhr über Gravitationswellendetektoren, Quantensensoren und Quantencomputern bis hin zu Kalten Atomen im Weltall, um nur einige wenige zu nennen. Salopp gesagt: Wenn die Menschheit Technologien basierend auf Quanteneffekten entwickeln und nutzen will, muss sie natürlich auch auf Quantenebene messen können!

Suche ich im TIB-Portal nach Quantenmetrologie, erlebe ich einen kleine Überraschung: Dachte ich doch, dass die Quantenmetrologie ein eher neues Thema sei, was auch die zeitliche Entwicklung der Treffer zeigt. Erst ab Mitte der 2000er Jahre steigt die jährliche Zahl der Treffer auf Werte über zehn, ab 2013 dann auf dreistellige Werte. ABER: Der Begriff Quantum Metrology wurde bereits Ende der 1960er Jahre eingeführt und bereits 1983 erschien eine umfangreiche Abhandlung mit dem Titel Quantum Metrology and Fundamental Physical Constants.

PhoenixD

Der Exzellenzcluster PhoenixD macht es mir etwas schwerer, auf den Quantenpfad zu kommen. Erstmal bin ich etwas erschlagen angesichts des Spektrums seiner Forschung unter dem Label Photonics, Optics, Engineering Innovation – Across Disciplines. Ich irre über die PhoenixD-Website, sehe viel Optik, sehe vor allem die Beiträge aus dem Maschinenbau, der Elektrotechnik, der Werkstoffkunde und der Chemie, der Mathematik und der Informatik zu den Forschungsschwerpunkten Simulation und Fertigung in PhoenixD. Die Physik oder gar die Quantenphysik vermute ich dann in den Bereichen, die sich mit Aspekten der Licht-Materie-Wechselwirkung beschäftigen. Glücklicherweise hilft hier auch die Presseinformation weiter:

„Ziel ist es, optische Präzisionsgeräte schnell und kostengünstig zu entwickeln, um neuartige Anwendungen in der medizinischen Diagnostik, der Lebensmittelproduktion sowie der Telekommunikation- und Quantenkommunikation zu ermöglichen. Dafür arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den sechs Fachgebieten Maschinenbau, Physik, Elektrotechnik, Informatik, Mathematik und Chemie zusammen und erforschen die Manipulation und Detektion von Laserlicht.“

Da sind sie, die wichtigen Begriffe Quantenkommunikation und Laserlicht, Quantenphysik und Quantenoptik! Wenn ich in Web of  Science, einer der von der TIB für die LUH bereitgestellten Fachdatenbanken nach Veröffentlichungen des Exzellenzclusters 2122 suche, erhalte ich 600 Treffer, die sich irgendwo in ihren Metadaten auf EXC-2122 beziehen. Jetzt geht der Spaß erst richtig los. Die Filterfunktion ermöglicht mir, diese Treffer nach bestimmten Aspekten zu analysieren:

• Aus welchen Einrichtungen stammen die Paper? LUH, TU Braunschweig, Laser Zentrum Hannover, …
• Aus welchen Departments und Instituten? Fakultät für Mathematik und Physik, Institut für Quantenoptik(!), Hannoversches Zentrum für Optische Technologien, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Organische Chemie, Fakultät für Maschinenbau, … Tatsächlich viel Quantenoptik wenn man nach der Zahl der dem IQO zugeordneten Paper geht.
• Aus welchen WoS-Fachgebieten? Materials Science Multidisciplinary, Optics, Physics Applied, Nanoscience Nanotechnology, Chemistry Physical, Chemistry Multidisciplinary, Engineering Electrical Electronic, Physics Condensed Matter, Computer Science Artificial Intelligence, Mechanics, Mathematics Interdisciplinary Applications, … und last but not least
• Wo sind die Paper erschienen? Proceedings of SPIE, Optics Express, Sensors, Optics Letters, Scientific Reports, Carbon, Physical Review B, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Physical Review A, … Dieses Ergebnis erfreut mich besonders, da ich mich vor Jahren gemeinsam mit meinen Kolleg:innen dafür eingesetzt habe, dass die SPIE Digital Library als Allianzlizenz angeboten wurde, weil unser Eindruck war, dass sie u.a. in Hannover aufgrund der Forschungsschwerpunkte gut genutzt würde. Sic! Auch dass eifrig in den Journals von Optica publiziert wird, passt.

Web of Science beantwortet auch die Frage nach den am stärksten zitierten Papern aus der Forschung von EXC-2122:

• Exceptional piezoelectricity, high thermal conductivity and stiffness and promising photocatalysis in two-dimensional MoSi2N4 family confirmed by first-principles
• Same Same But DifferNet: Semi-Supervised Defect Detection with Normalizing Flows 
• First‐Principles Multiscale Modeling of Mechanical Properties in Graphene/Borophene Heterostructures Empowered by Machine‐Learning Interatomic Potentials

Wer eine vollständige Übersicht aller über 900 Paper von PhoenixD möchte, der sei auf die PhoenixD-Seite im Fachinformationssystem der LUH verwiesen. Leider ist hier die Analyse der Paper nicht so möglich wie in einschlägigen Fachdatenbanken.

Hearing4All

Hearing4All, das inzwischen seine dritte Förderperiode erreicht hat, hat zum Ziel, „die Prognose, Diagnostik und Behandlung von Hörverlust zu verbessern.“ Insbesondere die Nutzung von KI-basierten Systemem steht in der neuen Förderperiode im Fokus. Beteiligt an Hearing4All sind Wissenschaftler:innen aus der Medizinischen Physik, Psychologie, Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, den Neurowissenschaften, Ingenieurwissenschaften und der Linguistik.

In diesem Cluster ist die LUH nach der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg und der Medizinischen Hochschule Hannover eher der kleine Bruder: Suche ich die Paper des Clusters in der Fachdatenbank Scopus an, so finde ich über 300 Treffer, die EXC-2177 als Funding information tragen. Filtere ich dann nach den Fachgebiet Physics and Astronomy, reduziert sich die Zahl der Paper auf 49, die überwiegend in Konferenzbänden oder Journals stammen, die Audio und Speech oder Acoustic im Namen tragen. Aber immerhin: Sieben der Paper haben Autor:innen, die am Institut für Quantenoptik der LUH arbeiten, eines davon hat einen Titel, der auch mir verständlich macht, was die Quantenoptik für die Forschung zur Behandlung von Hörverlust tun kann: Optoacoustic tones generated by nanosecond laser pulses can cover the entire human hearing range.

The Map of (Quantum) Physics

Zum Schluss dieses Beitrags ein kleines Fundstück, das ich kürzlich in Form eines Bildes abgedruckt auf der letzten Seite eine Buches sah, das aber eigentlich ein YouTube-Video ist und sehr anschaulich zeigt, wo sich die Quantenphysik warum in der Map of Physics verorten lässt. Ab Sekunde 302 ist es soweit:

Vorgeschichte mit QUEST

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