Der Physiker Marcus Huber vom Atominstitut der TU Wien erhält für seine Forschung, die an der Schnittstelle von Quantenphysik und Thermodynamik angesiedelt ist, einen ERC Consolidator Grant.

Hubers Interesse ist von einem besonderen Zusammenhang geleitet: „Es gibt nur zwei Bereiche der Physik, in denen die Richtung der Zeit eine entscheidende Rolle spielt“, wie der Wissenschaftler aufzeigt. Der eine davon ist die Thermodynamik. Hier wurde die Größe Entropie definiert, die in abgeschlossenen Systemen immer nur zunehmen kann und somit die Richtung von Prozessen angibt, die von selbst ablaufen: Zum Beispiel gibt ein Gegenstand höherer Temperatur Wärme an seine Umgebung ab, bis überall die gleiche Temperatur herrscht; niemals aber kühlt ein Körper seine Umgebung von selbst ab, um sich selbst zu erwärmen.

Die andere Teildisziplin der Physik, in die Richtung der Vorgänge eine Rolle spielt, ist die Quantenphysik, im Speziellen der quantenphysikalische Messprozess. Dabei tritt ein mikroskopisches System, das durch die Quantentheorie sehr gut beschrieben werden kann (z.B. ein einzelnes Atom) mit einer makroskopischen Messanordnung in Wechselwirkung. Während der Zustand des Quantensystems vor der Messung durch Überlagerung („Superposition“) verschiedener, mit bestimmter Wahrscheinlichkeit auftretender Zustände aufgefasst werden kann, wird bei der Messung einer davon, der einem ganz bestimmten Messwert entspricht, selektiert. Auch hier ist eine Umkehrbarkeit dieses Vorgangs unmöglich.

„Die Vermutung liegt nahe, dass diese beiden Gebiete – die Thermodynamik und der Messprozess in der Quantenphysik – auf ganz fundamentaler Ebene etwas miteinander zu tun haben“, sagt Marcus Huber: „Daher wollen wir die Quantentheorie statistisch verstehen, ähnlich wie man mit Hilfe der Thermodynamik statistische Größen wie Druck und Temperatur verstehen kann.“

Ansehnliche Karriere

Um auf diesem Forschungsfeld weiter vorzudringen, stehen Marcus Huber nun die finanziellen Mittel eines ERC Consolidator Grants zur Verfügung. Diese prestigeträchtige Förderung wird an Forscher vergeben, die seit ihrer Promotion sieben bis zwölf Jahre Erfahrung gesammelt, dabei einen vielversprechenden Weg beschritten und überdies einen exzellenten Forschungsvorschlag gemacht haben. Über eine Periode von fünf Jahren werden dem Geförderten bis zu zwei Millionen Euro ausbezahlt.

Der Physiker studierte zunächst an der Universität Wien Physik und kehrte nach Aufenthalten an den Universitäten Bristol, Barcelona und Genf nach Wien zurück, wo er seit 2016 Gruppenleiter am IQOQI (Institut für Quanten-Optik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften) und seit 2020 zusätzlich Professor an der TU Wien ist.

Die Ergebnisse seiner wissenschaftlichen Arbeit sieht er dabei auch als Grundlage neuer Formen von Technologie: So wie die Thermodynamik im 19. Jahrhundert mit Dampfmaschinen oder Verbrennungsmotoren die Basis für die industrielle Revolution geschaffen habe, könnten Quantensysteme die Grundlage für neue Quantentechnologien (etwa „Quantenkühlschränke“ oder ein künftiges „Quanteninternet“) darstellen.