Das Surren von Messgeräten, das Klicken von Schaltern, das Rauschen von Kühlsystemen – Forschungslabore haben ihren eigenen Sound. Der Dresdner Musiker Konrad Kuechenmeister ist durch die Labore der Quantenforschung in Dresden und Würzburg gezogen und hat diese Geräusche aufgenommen. Mit einem Looper, einem Gerät das Musikstücke in Schleifen abspielt, hat er daraus einen Soundtrack gemixt. Handgemachte Loop-Musik voller Quanten-Vibes. Zu hören ist sie in einem Video, das zeigt, woran Forscher an der Technischen Universität Dresden und der Universität Würzburg arbeiten.
Der Sound begleitet einen Neustart. Das Exzellenzcluster ctd.qmat hat seinen Namen erweitert und einen neuen Forschungsschwerpunkt. Das „d" im Namen steht jetzt für Dynamik. „Die Quantendynamik ist der Schlüssel, um die in der ersten Förderperiode entdeckten Phänomene tiefgreifender zu verstehen, gezielt zu kontrollieren und technologisch einsetzen zu können", sagt Matthias Vojta. Er ist Professor für Theoretische Festkörperphysik an der TU Dresden und leitet das Cluster gemeinsam mit Ralph Claessen von der Universität Würzburg.
Wie sich winzige Teilchen verhalten
Etwa 300 Wissenschaftler aus mehr als 30 Ländern erforschen im Cluster sogenannte Quantenmaterialien. Das sind Stoffe, in denen sich winzige Teilchen anders verhalten als in gewöhnlichen Materialien. Die Forscher wollen verstehen, wie sich diese Materialien im Zeitverlauf verändern. Besonders interessiert sie, was passiert, wenn äußere Einflüsse auf die Materialien wirken – elektrische Ströme, Magnetfelder oder Druck.
„Viele Anwendungen in der Informationsverarbeitung, Sensorik oder Energieumwandlung beruhen auf extrem schnellen Schalt- und Steuervorgängen", erklärt Ralph Claessen. Die Forscher entwickeln Theorien und untersuchen Phänomene, die nur unter dieser schnellen Steuerung auftreten. Sie bauen dafür ihre Messgeräte aus, um ultraschnelle Prozesse in Echtzeit zu erfassen und zu steuern.
Von grünem Wasserstoff bis zu Quantencomputern
Ein besonders wichtiges Forschungsfeld ist die topologische Katalyse. Hier untersuchen die Wissenschaftler, wie sich Quantenmaterialien nutzen lassen, um chemische Prozesse wirtschaftlicher zu machen. Das könnte bei der Umwandlung von CO2 oder der Herstellung von grünem Wasserstoff helfen. Erste Ergebnisse zeigen, dass sich die Aktivität dieser Prozesse durch gezielte Steuerung ein- und ausschalten lässt.
Außerdem arbeitet das Cluster an neuen Formen der Supraleitung, die stabile Quantenbits für Computer ermöglichen könnten. Ein weiteres Thema sind hochempfindliche Messverfahren. Das Ziel sind Quantenmaterialien, die bei Raumtemperatur funktionieren und neue Möglichkeiten für grüne Energietechnologien, energiesparende Elektronik oder präzise Sensoren eröffnen. In Dresden wird 2029 gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung ein neues Quantenforschungszentrum mit modernen Laboren eröffnet. Bis 2032 läuft die Förderung durch Bund und Länder.
