Tim Pritlove: Hallo und herzlich willkommen zu Raumzeit, dem Podcast über Raumfahrt und andere.
Tim Pritlove: Kosmische Angelegenheiten.
Tim Pritlove: Mein Name ist Tim Brittloff und ich begrüße alle zur 109.
Tim Pritlove: Ausgabe von Raumzeit.
Tim Pritlove: Und ja, kosmische Angelegenheiten, darum geht's heute glaube ich mal wieder.
Tim Pritlove: Aber es geht auch um die Raumfahrt.
Tim Pritlove: Ich habe mal wieder eine Reise angetreten. Der Weg hat mich nach Ulm geführt
Tim Pritlove: zu einem relativ neuen Institut des DLR und begrüße erst mal meine Gesprächspartnerin
Tim Pritlove: heute, nämlich Frau Lisa Wörner.
Lisa Wörner: Hallo, sehr schön, dass ich da sein darf.
Tim Pritlove: Ja, herzlich willkommen bei Raumzeit. Frau Wörner, Sie sind die Leiterin oder
Tim Pritlove: kommissarische Leiterin, wenn ich es richtig notiert habe, dieses Instituts.
Tim Pritlove: Macht das einen Unterschied?
Lisa Wörner: Absolut, das macht absoluten Unterschied. Mein Nachfolger ist bereits bestimmt
Lisa Wörner: und ich werde den Posten dann abgeben. Ich verwalte im Moment das Institut bis er kommt.
Tim Pritlove: Okay, also Sie managen sozusagen die Aufbaufase, die allererste.
Lisa Wörner: Genau so.
Tim Pritlove: Weil das ganze ist ja erst vor kurzem gegründet worden.
Lisa Wörner: Wir sind 2019 gegründet worden. Der Gründungsdirektor war noch jemand anders.
Lisa Wörner: Ich durfte das dann von ihm übernehmen, eben bis mein Nachfolger kommt.
Lisa Wörner: Und damit sind wir jetzt erst vier Jahre alt oder werden dieses Jahr erst vier Jahre alt.
Tim Pritlove: Was für so ein DLR-Institut ja geradezu Babyzustand ist.
Lisa Wörner: Total. Mit uns zusammen wurden noch sechs andere Institute gegründet.
Lisa Wörner: Drei von diesen sechs Instituten im Bereich der Quantentechnologie, eines davon wir.
Lisa Wörner: Und wir sind ganz ganz jung im DLR und versuchen uns da jetzt gerade mit den
Lisa Wörner: anderen Partnern zusammenzufinden und Verbindungen zu knüpfen und unsere Forschung zu betreiben.
Tim Pritlove: Genau, Institut für Quantentechnologie, müssen wir auch mal ausgesprochen haben,
Tim Pritlove: darum geht es hier. Also hier werden die Quanten durch die Gegend geworfen und beobachtet.
Tim Pritlove: Da werden wir jetzt gleich ausführlich drüber reden, aber vielleicht würde mich
Tim Pritlove: auch mal interessieren, was macht denn das anders? Also ich meine,
Tim Pritlove: wenn man jetzt so ein etabliertes Institut reinkommt, da ist dann schon alles
Tim Pritlove: eingeruckelt, das haben wir schon immer so gemacht und so.
Tim Pritlove: Das ist ja dann im Prinzip Aufgabe und Freiheit in einem, oder?
Lisa Wörner: Ist eine total spannende Aufgabe, so ein Institut neu aufzubauen und auch total
Lisa Wörner: spannend die Strategie für so ein Institut zu gestalten und auch die Zukunft
Lisa Wörner: zu entwickeln. Wo wollen wir hin? Das sind ja jetzt alles so Grundpfeiler,
Lisa Wörner: die jetzt gelegt werden.
Lisa Wörner: Ob wir Dinge grundlegend anders machen als andere Institute,
Lisa Wörner: weiß ich nicht, aber unsere Aufgabe ist natürlich eine andere.
Lisa Wörner: Bei uns geht es jetzt wirklich darum, die Phänomene, die wir aus der Quantenphysik kennen,
Lisa Wörner: die Quantenphysik, die wirklich auch schon jahrelang, fast ein Jahrhundert inzwischen
Lisa Wörner: untersucht wird und erforscht wird,
Lisa Wörner: jetzt diese Phänomene, die wir kennen, auch in die Anwendung zu bringen,
Lisa Wörner: daraus eben eine Quantentechnologie zu machen und nicht mehr nur Quantenphysik.
Lisa Wörner: Superspannende Aufgabe.
Tim Pritlove: Wenn ich's richtig sehe, ist das Institut so ein bisschen...
Tim Pritlove: Auf der einen Seite schon auch ein wenig in der Grundlagenforschung verwurzelt,
Tim Pritlove: versucht aber sehr viel mehr so einen Brückenschlag zu machen in die konkrete Anwendung.
Lisa Wörner: So richtig viel Grundlagenforschung machen wir nicht. Wir untersuchen nicht
Lisa Wörner: mehr warum irgendwie ein Phänomen wie auftritt.
Lisa Wörner: Unser Ansatz ist tatsächlich zu verstehen, wie wir diese Phänomene verwenden
Lisa Wörner: können. Dafür müssen wir sie untersuchen, dafür müssen wir sie verstehen,
Lisa Wörner: dafür müssen wir sie handhaben können.
Lisa Wörner: Kann man durchaus der Grundlagenforschung zuwächen, ist aber für mich auch immer
Lisa Wörner: schon ein angewendeter Ansatz.
Lisa Wörner: Das heißt, wenn ich jetzt irgendwie untersuche, wie Beschleunigungen das System
Lisa Wörner: beeinflussen, dann untersuche ich das natürlich aber immer mit dem Ziel hintendran,
Lisa Wörner: eine Technologie zu entwickeln, ein System zu entwickeln.
Lisa Wörner: Was bei uns noch ganz speziell ist, ist, dass wir auch eine dezidierte Theorieabteilung
Lisa Wörner: haben, die dafür da sind,
Lisa Wörner: Neue, frische Ideen in das Institut zu bringen und auch neue Ideen aus der Forschung
Lisa Wörner: heraus für uns relevant zu machen,
Lisa Wörner: sodass wir da auch immer wieder gucken können, welche neuen Phänomene in der
Lisa Wörner: Quantentechnologie oder Quantenmechanik wurden entdeckt, sind für uns vielleicht
Lisa Wörner: relevant oder wo haben wir noch nicht genügend in die Tiefe geschaut,
Lisa Wörner: um Dinge auch so umsetzen zu können, wie sie sinnvoll sind.
Tim Pritlove: Wie hoch ist da so die Schlagzahl aus dieser Grundlagenforschung?
Tim Pritlove: Wie viel muss man da so konsumieren pro Jahr?
Lisa Wörner: Also wir lesen natürlich ganz viel, wir fahren ganz viel auf Konferenzen.
Lisa Wörner: Ziel von uns ist es mindestens, also wir sind im Moment rund 50 Mitarbeiter,
Lisa Wörner: dass wir mindestens 20 internationale Vorträge auch haben.
Lisa Wörner: Sodass wir wirklich auch mit der Community kommunizieren wollen,
Lisa Wörner: mit der Community gemeinsam mitarbeiten wollen im Moment.
Lisa Wörner: Aktuell fokussieren wir uns noch auf die Technologien.
Tim Pritlove: Vorträge die man hält oder die hier gehalten werden?
Lisa Wörner: Dabei geht es vor allen Dingen um Vorträge, die wir halten, bei denen wir natürlich
Lisa Wörner: auch Sichtbarkeit schaffen, aber was auch heißt, dass wir rausgehen,
Lisa Wörner: dass wir uns auf Konferenzen zeigen.
Lisa Wörner: Die Zahl ist sicherlich zu niedrig, ich glaube wir machen viel viel mehr,
Lisa Wörner: das ist aber so unsere Zielvorgabe und gleichzeitig haben wir im Moment auch
Lisa Wörner: einen wöchentlichen oder zwei wöchentlichen Termin,
Lisa Wörner: wo wir auch hier Vorträge haben, wo wir auch externe Kollegen einladen,
Lisa Wörner: auch das für uns ein ganz wichtiges Thema natürlich Leute reinzuholen.
Tim Pritlove: Also Institut für Quantentechnologie und das heißt halt hier geht es wirklich
Tim Pritlove: um die Anwendung und nicht nur um die Forschung, aber man ist halt natürlich
Tim Pritlove: mit dieser Forschung auch verbunden.
Tim Pritlove: Bevor wir dann vielleicht noch mehr auf die Struktur kommen und vielleicht auch
Tim Pritlove: nochmal so ein bisschen die Grundlagen all dessen beleuchten,
Tim Pritlove: um das weitere verstehen zu können, würde mich natürlich nochmal interessieren,
Tim Pritlove: Was sie eigentlich so hierher geführt hat. Wann hat sie denn das Thema Wissenschaft erwischt?
Lisa Wörner: Mein Leben ist eines in Umwegen. Ich hab tatsächlich Physik studiert,
Lisa Wörner: ich hatte auch in der Schule schon eine starke Affinität zur Physik,
Lisa Wörner: sodass das bei mir auch geblieben ist und auch die Wissenschaft mich immer schon fasziniert hat.
Lisa Wörner: Sicherlich auch ein bisschen aus dem familiären Umfeld, wo das auch immer ein starkes Thema war.
Lisa Wörner: Und auch die Raumfahrt tatsächlich eine starke Faszination war,
Lisa Wörner: die mich von Kindestagen an begleitet.
Lisa Wörner: Und dann habe ich aber in meinem Studium zunächst mal an Hochenergiephysik gedacht,
Lisa Wörner: habe mich also erstmal informiert über oder erstmal geforscht im Bereich von
Lisa Wörner: Hochenergiephysik, Teilchenphysik.
Lisa Wörner: Ich war damals vor allen Dingen an einem Experiment, was am FAIR in Darmstadt
Lisa Wörner: stattfindet, aber das bekanntere Experiment ist jetzt FAIR, die Facility for
Lisa Wörner: Anti-Protein and Iron Research.
Lisa Wörner: Die bekanntere Einrichtung dazu ist das CERN. Jetzt habe ich sehr sehr lange
Lisa Wörner: geredet über etwas, was ich nur ein Jahr getan habe.
Lisa Wörner: War wohl aufregend. War total spannende Zeit. Diese großen Experimente.
Lisa Wörner: Ich durfte in der Zeit auch ans CERN fahren und konnte den Large Hadron Collider,
Lisa Wörner: der damals gebaut wurde, Ja so alt bin ich schon.
Lisa Wörner: Tatsächlich auch noch von innen anschauen. Also ich konnte die großen Experimente
Lisa Wörner: von innen anschauen. Alice hat mich damals unglaublich beeindruckt.
Lisa Wörner: Also wirklich ganz tolle Experimente, ganz spannende Physik.
Lisa Wörner: Und bin dann von dort aus in die Plasmaphysik gegangen.
Lisa Wörner: Das Max-Planck-Institut für Extraterrestrik und hab dort meinen Doktor gemacht.
Lisa Wörner: Mit einer Phase in Frankreich in der Zeit.
Tim Pritlove: Wo ist das? In München?
Lisa Wörner: Ich habe auch in München studiert und bin dann nach dem Abschluss meines Doktorats
Lisa Wörner: oder während meines Doktorats, habe ich angefangen viele Audiobücher zu hören
Lisa Wörner: und habe dann tatsächlich von Stephen Hawking den großen Entwurf gehört.
Lisa Wörner: Und in diesem Buch spricht er über ein Experiment mit dem Doppelspalt,
Lisa Wörner: wo Menschen es geschafft haben, Fullerene, das sind Moleküle aus 60 Kohlenstoffatomen,
Lisa Wörner: die bauen sich zusammen wie so ein Fußball, sehen die am Ende aus.
Tim Pritlove: Benannt nach Buckminster Fuller.
Lisa Wörner: Genau, Fullerene, Buckyballs, wie auch immer man sie nennen möchte,
Lisa Wörner: dass die damit Interferenzexperimente gemacht haben.
Lisa Wörner: Und Interferenzexperimente habe ich verstanden aus der Universität,
Lisa Wörner: war aber für mich immer so ein Welleteilchen, das ist alles super klein und
Lisa Wörner: was Lichter macht und so, Papier ist total geduldig, da kann man ganz viel drüber
Lisa Wörner: reden, alles easy und hab dieses Experiment gehört und hab gedacht,
Lisa Wörner: prove it to me and I still won't believe it.
Lisa Wörner: Douglas Adams Zitat an dieser Stelle, aber ja. und bin dann...
Lisa Wörner: Auf die Suche gegangen und wurde dann eingeladen, weil ich war irgendwie klar,
Lisa Wörner: dass ich nicht in dieser Gruppe würde bleiben wollen und ich wollte mich auch
Lisa Wörner: weiterentwickeln nach dem Doktor, aber es war nicht so genau klar,
Lisa Wörner: wo ich, wo die Reise hingehen würde und wurde dann eingeladen auf eine sehr
Lisa Wörner: spannende Konferenz mit ganz, ganz vielen verschiedenen Themen.
Lisa Wörner: Und dort stellte Markus Arndt dann genau dieses Experiment vor und ich saß im
Lisa Wörner: Auditorium und hab gedacht, niemals, das kann doch nicht funktionieren,
Lisa Wörner: das geht nicht, mein Gehirn schafft es nicht, das zu verstehen.
Lisa Wörner: War dann, im Englischen würde man sagen lucky enough, im Deutschen.
Lisa Wörner: Ich hatte dann das Glück, tatsächlich in dieser Forschungsgruppe dann forschen
Lisa Wörner: zu dürfen bei Markus Arndt, der mich dann eingeladen hat und ich war dann dort
Lisa Wörner: zwei Jahre und habe mit ihm dort in Wien hochmassige Interferenz gemacht.
Lisa Wörner: Also wirklich die Frage, wo hört die Quantenmechanik auf, wo ist die Validität
Lisa Wörner: der Quantenmechanik am Ende.
Lisa Wörner: Ja und ab da hat es mich dann gepackt und ich bin dann von dort nach Bremen
Lisa Wörner: gegangen, wo wir dann Frequenzreferenzen angeschaut haben und uns dann angefangen
Lisa Wörner: haben auf den Wellenteilchendualismus mit Atomen zu fokussieren.
Lisa Wörner: Das war für mich dann sehr einfach zu schlucken, nachdem ich geschluckt hatte, dass man so 20.000.
Lisa Wörner: Atomare Masseneinheitenteilchen interferieren kann, also wirklich,
Lisa Wörner: wirklich große Teilchen interferieren kann, waren dann Atome für mich nicht mehr so das Thema.
Lisa Wörner: Was dann dazu geführt hat, dass ich Projektleitung wurde im Projekt Bekal,
Lisa Wörner: da werden wir sicherlich gleich nochmal drüber sprechen, ins Detail ein bisschen gehen.
Lisa Wörner: Das hat mich am Ende des Tages dann an dieses neu gegründete Institut hier in
Lisa Wörner: Ulm geführt. Da ich in München studiert habe, war das für mich auch dann örtlich
Lisa Wörner: ein interessantes Thema.
Lisa Wörner: Dann hat sich die Chance ergeben eben hier auch die Leitung Kommissarisch zu
Lisa Wörner: übernehmen und jetzt sitzen wir hier. Wie gesagt Umwege, sehr sehr lange gesprochen.
Tim Pritlove: Ja, aber immer interessant. So,
Tim Pritlove: jetzt merkt man schon, das ist ein heikles Thema hier mit der ganzen Quantenmechanik,
Tim Pritlove: das ist so eine Technologie, wir haben es ja schon erwähnt,
Tim Pritlove: gibt es seit 100 Jahren, aber ich hab so den Eindruck,
Tim Pritlove: das ist so, Also nicht, dass jetzt komplexe physikalische Vorgänge generell
Tim Pritlove: in einer breiten Öffentlichkeit immer so jederzeit abgerufen werden können.
Tim Pritlove: Von vielen hat man was gehört, von manchen haben viele auch eine Vorstellung,
Tim Pritlove: aber mit der Vorstellungskraft im Quantenbereich setzt es ja auch bei den Physikern
Tim Pritlove: dann sicherlich hier und da auch mal aus.
Tim Pritlove: Weil es ja einfach kurz gesagt und ich formuliere das jetzt einfach mal so mit
Tim Pritlove: einer einfachen Sichtweise,
Tim Pritlove: der Blick in das kleinste hat zutage gebracht, dass da auf einmal die Gesetze,
Tim Pritlove: die man im größten beobachtet, nicht so ohne weiteres anzuwenden sind.
Tim Pritlove: Und ja, hat mit der Quantenmechanik sozusagen nochmal so ein komplettes Genre
Tim Pritlove: innerhalb der Physik geschaffen, wo sich ja auch lange gestritten wurde,
Tim Pritlove: ob denn das denn alles so sein kann.
Lisa Wörner: Das ist richtig. Ganz wichtig an der Stelle, nicht alles was Quantenmechanik ist, ist klein.
Lisa Wörner: Und auch der Quantensprung, der so viel benutzt wird, der ist weder klein noch
Lisa Wörner: groß. Der Quantensprung beschreibt die kleinste Einheit, die man sich bewegen
Lisa Wörner: kann. Deswegen ist das für mich immer so ein Pet und Peeve, wenn Menschen das benutzen.
Tim Pritlove: Ein lustiges Statement. Jetzt haben wir ja einen Quantenfonds gemacht.
Tim Pritlove: Alles klar, es hat richtig vorangekommen.
Lisa Wörner: Wo wir jetzt schon drüber sprechen, gebe ich Ihnen kurz ein Beispiel,
Lisa Wörner: vielleicht hilft das so ein bisschen zu verstehen, warum mich das so zum Lachen bringt.
Lisa Wörner: Geld ist typischerweise gequantet. Ich kann Ihnen einen Cent geben,
Lisa Wörner: ich kann Ihnen zwei Cent geben, ich tue mich sehr schwer Ihnen einen halben
Lisa Wörner: Cent zu geben. Das heißt, es gibt hier eine kleinste Einheit,
Lisa Wörner: die ich Ihnen geben kann, nämlich den einen Cent. Geld ist deswegen gequantet.
Tim Pritlove: Das ist im Prinzip Digitalisierung, könnte man es auch nennen.
Tim Pritlove: Also man schafft halt einfach Schrittweiten, die klar abzählbar sind und das
Tim Pritlove: ist die Quantifizierung.
Lisa Wörner: Wenn sie das so möchten, ja da muss ich jetzt noch drüber nachdenken,
Lisa Wörner: ob ich dem so mitgehe, aber das können wir mal so stehen lassen.
Lisa Wörner: Aber prinzipiell geht es darum.
Tim Pritlove: Ja bei Computern gibt es ja auch kein halbes Bit und das ist ja sozusagen die
Tim Pritlove: Schrittweite, auf die man sich geeinigt hat.
Lisa Wörner: Genau, ein anderes schönes Beispiel sind Parkplätze. Parkplätze sind an sich
Lisa Wörner: auch gequantelt, nur dass wir es dauernd verletzen. Aber prinzipiell.
Tim Pritlove: Also halb befüllte Parkplätze habe ich schon gesehen.
Lisa Wörner: Ja, ich auch. Prinzipiell werden die aber auch gequantelt. Genau,
Lisa Wörner: jetzt habe ich vergessen. Wo wollte ich hin?
Tim Pritlove: Zur Quantenmechanik. Und warum, ja, was das Wesen dieses Forschungsbereiches
Tim Pritlove: ist und was müssen wir verstehen, um das zu verstehen, was dieses Institut macht?
Lisa Wörner: Also ganz ganz wichtig über Quantenmechanik, wenn man über Quantenmechanik spricht,
Lisa Wörner: ist, dass wir uns von der Vorstellung, wie die Welt für uns sich so darstellt,
Lisa Wörner: ein bisschen verabschieden müssen.
Lisa Wörner: Wir sitzen jetzt hier an einem Tisch, das heißt sie sagen, auch wenn sie aus
Lisa Wörner: dem Raum rausgehen, der Tisch ist hier.
Lisa Wörner: Und ich sage ihnen, wenn ich aus dem Raum rausgehe, dass es nur eine gewisse
Lisa Wörner: Wahrscheinlichkeit gibt, dass dieser Tisch hier ist.
Lisa Wörner: Die ist wahrscheinlich fast eins, aber sie ist eben halt nicht eins.
Lisa Wörner: Und das ist so der ganz große Unterschied zwischen der Beschreibung der Welt
Lisa Wörner: in der Quantenmechanik oder der Beschreibung der Welt in zum Beispiel Newtonischer Mechanik.
Lisa Wörner: Das ist so das, was wirklich unten drunter liegt, dass wir nichts beschreiben
Lisa Wörner: als das ist da oder das ist nicht da,
Lisa Wörner: sondern es wird allem eine sogenannte Wellenfunktion zugewiesen,
Lisa Wörner: die dann beschreibt, welche Wahrscheinlichkeit ein Objekt hat, irgendwo zu sein.
Lisa Wörner: Welche Wahrscheinlichkeit ein Elektron hat, in einer bestimmten Entfernung zum Kern zu sein.
Lisa Wörner: Wenn wir bei dem Beispiel bleiben, ist es die Quantenmechanik,
Lisa Wörner: die dann von dem Borsch-Naturmodell mit den Kreisen weggeht hin zu diesen Orbitalen.
Lisa Wörner: Die Orbitale beschreiben eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen um den Kern herum.
Lisa Wörner: Nur bis zu einer gewissen Größe. Es gibt wieder eine von Null verschiedene Wahrscheinlichkeit
Lisa Wörner: außerhalb, aber prinzipiell ist das das, was die Quantenmechanik tut.
Tim Pritlove: Du die Vorstellung des Atoms umgeben von so einer Elektronenwolke,
Tim Pritlove: was halt nach wie vor eine definierte Anzahl von Elektronen hat,
Tim Pritlove: aber eben unbestimmbar wo sich etwas befindet, solange bis man es dann misst.
Lisa Wörner: Genau, genau. Und das ist tatsächlich auch, um wieder zurückzukommen,
Lisa Wörner: genauso funktioniert auch dieses Experiment mit den Fullerenen.
Lisa Wörner: Die Fullerene verhalten sich wie Wellen. Interferenz ist ein ganz typisches Wellenexperiment.
Tim Pritlove: Also wir reden ja von einem Molekül jetzt hier, gell?
Lisa Wörner: Wir reden von einem Molekül, von einem großen Molekül. Einem Molekül,
Lisa Wörner: was man mit einem Elektronenmikroskop tatsächlich sehen kann.
Lisa Wörner: Also noch nicht sichtbar mit dem reinen Auge, aber was tatsächlich sichtbar
Lisa Wörner: gemacht werden kann. Also es ist wirklich nicht mehr klein.
Lisa Wörner: Und Interferenz ist ein typisches Wellenphänomen, kann ich nur im Wellenbild
Lisa Wörner: erklären, kann ich nicht erklären, wenn ich im Teilchenbild bleibe.
Lisa Wörner: Um das Wellenbild kurz zu verstehen und was Interferenz ist,
Lisa Wörner: wenn Sie an einem schönen,
Lisa Wörner: ruhigen See stehen, so einem ganz spiegelglatten See,
Lisa Wörner: wo sich wirklich auch die Berge auf der anderen Seite drin spiegeln und es ist
Lisa Wörner: wirklich ganz ruhig und Sie nehmen zwei Steine und werfen sie in das Wasser,
Lisa Wörner: Dann bilden sich so konzentrische Wellen um diese Steine, da wo die Steine ins
Lisa Wörner: Wasser eingedrungen sind.
Lisa Wörner: Da wo die Wellenberge sich treffen, wird es dann doppelt so hoch,
Lisa Wörner: da wo die Wellen Täler sich treffen, wird es doppelt so niedrig.
Lisa Wörner: Und sie werden wie so ein Karomuster beobachten im Wasser, eben dieses sogenannte Interferenzmuster.
Lisa Wörner: Und das lässt sich nur erklären durch die Überlagerung von Wellen mit einer
Lisa Wörner: sogenannten konstruktiver Interferenz, also da wo sich Wellen verstärken,
Lisa Wörner: und destruktiver Interferenz, da wo sie sich auslöschen. und damit bekommt man
Lisa Wörner: dieses Karo-Muster im Wasser.
Lisa Wörner: Und das funktioniert hier jetzt genauso nur, dass die Fullerene nicht die Steine
Lisa Wörner: sind, die wir ins Wasser geworfen haben.
Lisa Wörner: Das wäre ja super einfach zu verstehen, sondern die Fullerene sind die Wellen,
Lisa Wörner: die sich vorwärts bewegen.
Lisa Wörner: Das heißt, statt die Fullerene wie Objekte zu beschreiben, beschreiben wir die
Lisa Wörner: Fullerene jetzt als sich vorwärts propagierende Welle, die und jetzt kommt der
Lisa Wörner: ganz schlimme Teil, jedes von diesen Fullerenen geht gleichzeitig durch beide Spalten durch.
Lisa Wörner: Statt dass das Folleren, das Teilchen was wir kennen, durch einen Spalt durchgeht,
Lisa Wörner: interferiert hintendran mit sich selber und produziert das Interferenzmuster.
Lisa Wörner: Das ist ganz schön viel Information auf einmal gewesen.
Tim Pritlove: Genau, also ein Folleren muss man sich ja vorstellen wie ein Fußball.
Tim Pritlove: Also der klassische Fußball, der seit ein paar Jahrzehnten ist, also der sich aus so.
Tim Pritlove: Einem Hexagon und Pentagons zusammensetzt, das ist ja im Prinzip die Molekülstruktur
Tim Pritlove: von der wir hier sprechen.
Lisa Wörner: Schwierig. Also zunächst mal das Interferenzmuster. Der Punkt von diesem Doppelspaltexperiment
Lisa Wörner: ist, dass man eben hinten nicht einfach das Schattenbild des Doppelspaltes findet,
Lisa Wörner: sondern eben ein Interferenzmuster.
Lisa Wörner: Wenn ich ein Interferenzmuster finde, Interferenz kann ich nur mit Welleneigenschaften
Lisa Wörner: erklären. Das heißt, da muss ich komplett raus aus dem Partikelbild.
Lisa Wörner: Ich weiß nicht, vielleicht haben sie das auch mal in der Schule gesehen mit
Lisa Wörner: Lasern oder manche, wir haben das mit Wasserwellen gesehen, diese Beugungsphänomene
Lisa Wörner: und so was, Interferenzphänomene, das ist im Prinzip alles das gleiche.
Lisa Wörner: Das heißt, das funktioniert auch mit den Fußballen, das funktioniert auch mit
Lisa Wörner: den Pistolenkugeln, das funktioniert mit allen Arten von Teilchen,
Lisa Wörner: wir können es im Moment noch nicht mit der Größe, wir haben es mit der Größe
Lisa Wörner: noch nicht gezeigt. Und auch Molekülen.
Tim Pritlove: Wir sprechen jetzt wirklich bei diesem Fullerenbeispiel davon,
Tim Pritlove: dass man jetzt quasi so ein Doppelspalt-Setup hat und da fliegen dann diese ganzen Moleküle durch.
Lisa Wörner: Korrekt, korrekt. Und das Experiment, was Sie gerade angesprochen haben mit
Lisa Wörner: den Elektronen, das ist rund aus den 60er-Jahren.
Lisa Wörner: Das heißt, das ist auch so etwa 30 Jahre, 40 Jahre nach der Prostellation des
Lisa Wörner: Welle-Teilchen-Dualismus.
Lisa Wörner: Also es hat sehr, sehr lange gedauert, bis wir von dem Welle-Teilchen-Dualismus,
Lisa Wörner: von der theoretischen Beschreibung hingekommen sind, dass wir tatsächlich auch
Lisa Wörner: ein Experiment dafür hatten.
Lisa Wörner: Fun Fact am Rande, das wissen Sie bestimmt auch, Einstein hat seinen Nobelpreis
Lisa Wörner: nicht bekommen für die Relativitätstheorie, sondern tatsächlich für den sogenannten
Lisa Wörner: photoelektrischen Effekt, der als erster den Welle-Teilchen-Dualismus gezeigt hat, nur andersrum.
Lisa Wörner: Er hat gezeigt, dass sich Licht nicht nur wie eine Welle verhält,
Lisa Wörner: sondern auch wie ein Teilchen.
Lisa Wörner: Das ist dann der Ausgangspunkt auch durchaus der Quantenmechanik.
Lisa Wörner: Und dieses Gleichzeitig beim Welle-Teilchen-Dualismus ist so eine Sache.
Lisa Wörner: Prinzipiell ist da schon so eine Gleichzeitigkeit da, wie ich das aber lieber
Lisa Wörner: formuliere, ist, dass ich jedes Teilchen auch wie eine Welle beschreiben kann
Lisa Wörner: und eine Welle wie ein Teilchen.
Lisa Wörner: Und jetzt muss ich das passende Bild wählen, was zu dem Phänomen passt, das ich sehe.
Lisa Wörner: Das ist häufig ein Problem oder war auch lange für mich als Physiker ein Problem,
Lisa Wörner: weil das kann doch nicht sein, dass ich irgendwie etwas wähle basierend auf dem, was ich messe.
Lisa Wörner: Aber tatsächlich ist es eben genau so. Auch Sie machen das. Sie wählen hinterher
Lisa Wörner: basierend auf Ihrem Messergebnis eine Erklärung für die Thematik,
Lisa Wörner: die Sie gemessen haben. Wenn Sie jetzt morgen irgendwo hinkommen,
Lisa Wörner: da ist ein Autounfall, dann haben Sie auch irgendwie eine Idee, was da passiert ist.
Lisa Wörner: Und genau das gleiche machen wir hier auch. Nicht ganz so dramatisch.
Lisa Wörner: Aber im Prinzip wählen wir hier auch dann ein Bild basierend auf dem,
Lisa Wörner: was wir zeigen konnten. Und können zum Beispiel mit diesen Interferenzexperimenten
Lisa Wörner: eben tatsächlich zeigen, dass Moleküle auch der Quantenmechanik unterliegen.
Tim Pritlove: Was war jetzt bei den Follerenen so besonders, also was war dieser unglaubliche Aspekt?
Lisa Wörner: Die sind einfach so groß. Die sind einfach riesig. Also bei Elektronen, die sehe ich nicht.
Lisa Wörner: Da kann ich irgendwie noch akzeptieren, dass das da durchgeht.
Lisa Wörner: Bei Atomen tue ich mich schon sehr, sehr schwer.
Lisa Wörner: Das waren einfach die Fullerene, die ich dann damals als erstes gehört habe,
Lisa Wörner: auch vor den Elektronen und vor den Atomen.
Lisa Wörner: Und es war für mich sehr schwer vorstellbar, tatsächlich da hinzugehen und diesen
Lisa Wörner: Auflösungsprozess sozusagen, das Aufgehen eines substanziellen Teilchens in
Lisa Wörner: eine Welle und dann wirklich die Beschreibung in einer Welle.
Lisa Wörner: Und inzwischen sind die bei Teilchen,
Lisa Wörner: die haben rund 20.000 atomare Masseneinheiten, irgendwie 1.500 Atome.
Lisa Wörner: Das sind richtig, richtig große Moleküle, die immer noch Welleneigenschaften
Lisa Wörner: zeigen. Das ist im Moment der aktuelle Massenrekord, der in Wien gehalten wird.
Tim Pritlove: Also auch wenn der Tisch so hart wirkt, wenn man draufhaut und man so eine Vorstellung
Tim Pritlove: von der ganzen Welt hat, dass das irgendwie alles so massiv ist.
Tim Pritlove: Man weiß ja im Prinzip, Masse und Energie ist sowieso das gleiche,
Tim Pritlove: aber eigentlich muss man es noch ein bisschen weiter denken und wir leben eigentlich
Tim Pritlove: in einem großen Wellensalat.
Lisa Wörner: Wir leben eigentlich in einem großen Wellensalat und dass der Tisch so hart,
Lisa Wörner: das liegt an der Elektrodynamik, da ist einfach elektromagnetische Abstoßung,
Lisa Wörner: deswegen ist der Tisch so hart.
Lisa Wörner: Physik zu studieren kann ich jedem nur empfehlen, es macht aber ganz viel mit
Lisa Wörner: der Welt um einen herum und es ist nicht immer schön.
Tim Pritlove: Genau, also in diesem Wellensalat forscht jetzt,
Tim Pritlove: Entschuldigung, entwickelt dieses Institut Technologien, also auf Basis dessen
Tim Pritlove: was sozusagen die Forschung bisher alles so ergeben hat, weil dort Potenzial gesehen wird.
Tim Pritlove: Bevor wir vielleicht auf die Sachen kommen, die hier jetzt angedacht werden,
Tim Pritlove: was so in der Zukunft kommen soll, was hat denn die Quantentechnologie jemals für uns getan?
Tim Pritlove: Also was ist denn sozusagen schon bisher entstanden, was man jetzt in diesem
Tim Pritlove: Feld zuordnen kann, wo man sagen kann, okay das ist jetzt sozusagen schon angewandte
Tim Pritlove: Quantentechnologie gewesen?
Lisa Wörner: Also natürlich ist es so, dass die Quantenmechanik auch unser Leben durchaus beherrscht.
Lisa Wörner: Auch wenn wir die Technologie nicht entwickelt haben und wenn wir die Dinge nicht gemacht haben,
Lisa Wörner: ist viel von den Prozessen, die so um uns herum passieren, von der Abstoßung
Lisa Wörner: bis hin zu kosmischen Prozessen und sowas, Tunnelprozesse, alles quantenmechanische
Lisa Wörner: Prozesse, die ganz wichtig sind.
Lisa Wörner: Das ist nicht ihre Frage gewesen, aber trotzdem ist ganz viel von unserem Leben,
Lisa Wörner: ganz viel von dem was passiert, tatsächlich viel besser mit Quantenmechanik
Lisa Wörner: zu erklären als mit Newtonischer Mechanik.
Lisa Wörner: Auch wenn wir immer das Problem haben, dass Newton für uns sehr sichtbar ist
Lisa Wörner: und sehr greifbar, Dinge fallen runter, die Quantenmechanik eben halt so ein
Lisa Wörner: bisschen schwierig ist für das Gehirn. Das ist okay, das hat was mit uns zu
Lisa Wörner: tun, mehr als mit der Quantenmechanik.
Tim Pritlove: Aber dafür gibt es ja Podcast.
Lisa Wörner: Dafür geht es halt am Podcast, genau. Was hat die Quantenmechanik bisher für uns getan?
Lisa Wörner: Es gibt ein ganz ganz wichtiges Beispiel, was gerne so ein bisschen vergessen wird.
Lisa Wörner: Oder zwei sogar, zwei ganz wichtige Beispiele. Das eine sind Laser.
Lisa Wörner: Laser ist auch nur ein Akronym, das ich jetzt bestimmt nicht sinnvoll zusammen bekomme.
Lisa Wörner: Da ist irgendwie Light Amplification und das F ist Simulated Emission of Radiation.
Tim Pritlove: Stimulierte Lichtverstärkung.
Lisa Wörner: Genau, Stimulierte Lichtverstärkung. Was dabei ausgenutzt wird,
Lisa Wörner: ist eben genau die Energielevels,
Lisa Wörner: die sich in einem Atom befinden und auch die kann ich nur sinnvoll erklären,
Lisa Wörner: wenn ich die Quantenmechanik zugrunde lege und die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten
Lisa Wörner: und damit die Energieniveaus berechnen kann und diese dann anregen kann,
Lisa Wörner: sodass wir das möglichst gleichförmige
Lisa Wörner: Licht am Ende des Tages rausbekommen, was dann ein Laser ist.
Lisa Wörner: Das wird gerne mal bezeichnet als Quantentechnologie in der ersten Generation
Lisa Wörner: und sowas, aber da fällt sicherlich der Laser schon drunter.
Lisa Wörner: Das zweite Beispiel, das ich hier gerne bringen möchte, was auch nicht ganz
Lisa Wörner: so bekannt ist, ist die globale Navigation.
Lisa Wörner: Ich werde jetzt versuchen, ganz viel GNSS und Galileo zu sagen.
Lisa Wörner: GNSS ist Global Next Generation Satellite System.
Tim Pritlove: Globales Navigationssatellitensystem.
Lisa Wörner: Genau.
Tim Pritlove: Funktioniert auch auf Deutsch ist der Begriff. Prima.
Lisa Wörner: Globales Navigationssatellitensystem und Galileo ist das europäische.
Lisa Wörner: Das GNSS fasst Galileo, GLONASS und auch GPS zusammen.
Lisa Wörner: Das umfasst so ein paar mehr.
Lisa Wörner: Die funktionieren aber am Ende des Tages alle ganz ähnlich an Bord von diesen
Lisa Wörner: Systemen sind Frequenzreferenzen.
Lisa Wörner: Was ist eine Frequenzreferenz? Das ist im Prinzip ein Laser,
Lisa Wörner: den man nochmal stabilisiert hat.
Lisa Wörner: Aktuell ist es kein Laser, sondern es ist vor allen Dingen eine Radiofrequenz,
Lisa Wörner: die nochmal stabilisiert wird, sodass die möglichst stabil läuft.
Tim Pritlove: Also stabil im Sinne von konstante Frequenz.
Lisa Wörner: Ganz konstante Frequenz, deswegen nennt man das eine Frequenzreferenz.
Lisa Wörner: Die gibt ganz konstant immer wieder den gleichen Takt.
Lisa Wörner: Ist übrigens das gleiche System was die PTB macht, die Physikalisch Technische
Lisa Wörner: Bundesanstalt in Braunschweig, die die Funkuhren Signatur schickt.
Lisa Wörner: Auch die haben eine Cesiumfrequenzreferenz, die gibt einfach ganz konstant basierend
Lisa Wörner: auf dem Cesiummolekül hier, basierend auf anderen Systemen eine Frequenzreferenz.
Lisa Wörner: Wenn Sie jetzt gerne wissen möchten, wo Sie sind, dann brauchen Sie vier Satelliten,
Lisa Wörner: weil wir vier Unbekannte haben. Drei sind klar. Ich brauche irgendwie X,
Lisa Wörner: Y und Z. Ich muss wissen, wo bin ich.
Lisa Wörner: Wie machen die das? Der erste Satellit schickt ihnen eine Information, die sagt, ich bin jetzt.
Lisa Wörner: Der sagt also ich bin 15 Uhr und schickt das zu Ihnen runter und das ist jetzt
Lisa Wörner: sehr übertrieben, so lange dauert das nicht. Und Sie bekommen das unten und
Lisa Wörner: stellen fest ich bin 15 Uhr eins, also ist der eine Sekunde von mir weg.
Lisa Wörner: Das heißt ich muss diesen Abstand zu diesem Satelliten haben.
Lisa Wörner: Das gibt uns irgendwie so einen Kreis auf der Erdoberfläche.
Lisa Wörner: Jetzt sagt mir das der Zweite, dann habe ich zwei Kreise, die haben zwei Schnittpunkte.
Lisa Wörner: Und ich bekomme einen Dritten und dann muss ich an einem Punkt sein.
Lisa Wörner: Damit ich die Entfernung zu allen drei Satelliten richtig hinbekomme.
Lisa Wörner: Ich habe gerade gesagt, wir brauchen vier.
Lisa Wörner: Warum brauchen wir vier? Naja, der Punkt ist, dass keiner von uns eine hochgenaue
Lisa Wörner: Frequenzreferenz in der Tasche hat. Das heißt, ich muss irgendwie auch wissen, wann bin ich.
Lisa Wörner: Und damit habe ich vier unbekannte X, Y, Z und wann.
Lisa Wörner: Und damit brauche ich einen vierten Satellit, der mir auch die Zeitsignale übermittelt
Lisa Wörner: und damit mache ich die Navigation.
Lisa Wörner: Das heißt, Frequenzreferenzen basierend auf kontenmechanischen Prinzipien ist
Lisa Wörner: etwas, was wir im Moment auch schon benutzen.
Tim Pritlove: Und warum ist das ein quantenmechanisches Prinzip? Weil es mit Wellen zu tun
Tim Pritlove: hat und dann nennt man das dann schon so oder?
Lisa Wörner: Weil schlicht und ergreifend das Atom, um das Atom sinnvoll zu beschreiben und
Lisa Wörner: das Atom auch sinnvoll anregen zu können und lauter solche Sachen muss ich die
Lisa Wörner: Quantenmechanik hernehmen.
Lisa Wörner: Ich muss die Schrödinger Gleichung für das Elektronen im Feld des Atoms aufstellen,
Lisa Wörner: dann bekomme ich diese Energieniveaus, die ich dann anregen kann und darauf
Lisa Wörner: kann ich dann die Frequenzreferenz stabilisieren.
Lisa Wörner: Damit sind Frequenzreferenzen tatsächlich wirklich quantenmechanische Systeme.
Lisa Wörner: Das soll jetzt vielleicht auch ein bisschen helfen, um festzustellen,
Lisa Wörner: dass Quantenmechanik nicht so abgehoben ist.
Lisa Wörner: Das fühlt sich total normal an. Wir sind unheimlich gewohnt,
Lisa Wörner: früher das GPS, das amerikanische System, das Global Positioning System,
Lisa Wörner: das gibt es seit Jahrzehnten.
Lisa Wörner: Wir sind unheimlich daran gewöhnt, dass das so funktioniert und es ist aber
Lisa Wörner: trotzdem ein quantenmechanisches Prinzip, was unten drunter liegt,
Lisa Wörner: was es uns ermöglicht, das zu nutzen.
Tim Pritlove: Das ist das quantenmechanische Prinzip, was der Technologie,
Tim Pritlove: die im Satelliten verbaut ist, sozusagen unterliegt. Also die Quantentechnologie
Tim Pritlove: ist im Satellit und beim Empfänger ist es dann am Ende nur noch Mathematik.
Tim Pritlove: Aber damit man sozusagen diese hochstabilen Frequenzen so überhaupt bekommen
Tim Pritlove: kann, ist eben Quantentechnologie erforderlich.
Lisa Wörner: Richtig.
Tim Pritlove: Kurzer Spagat, mache ich immer ganz gerne, alte Sendung nochmal zu pluggen,
Tim Pritlove: Raumzeit Nummer 8, lang ist es her,
Tim Pritlove: 2011, Felix Antreich eine sehr ausführliche Sendung zu Satelliten-Navigationssystemen gemacht,
Tim Pritlove: der ist nämlich beim DLR für Galileo zuständig und genau, kann man mal reinhören,
Tim Pritlove: ich glaube das stimmt alles noch, was da gesagt wurde.
Tim Pritlove: Das war aber noch vor dem Launch sozusagen.
Tim Pritlove: Also das ist quasi bei uns täglich der Fall. Gibt's noch irgendwas,
Tim Pritlove: was man auf jeden Fall erwähnen muss?
Lisa Wörner: Wie gesagt, die Zeit, die von der PTB gesetzt wird, wird nach dem gleichen Prinzip gesetzt.
Tim Pritlove: Warum verspricht man sich jetzt so viel davon, dass man ein neues Institut gründen muss?
Tim Pritlove: Also man kann ja auch sagen, okay, das mit den Soliden gelöstes Problem läuft.
Tim Pritlove: Was braucht man denn jetzt noch?
Tim Pritlove: Wo sieht man gerade die Verbesserungspotenziale existierender Technologie und
Tim Pritlove: wo zeichnen sich neue Dinge ab, die es vielleicht so bisher noch gar nicht gibt?
Lisa Wörner: Genau. Also ich glaube das Institut ist zur richtigen Zeitpunkt gegründet worden.
Lisa Wörner: Schlicht und ergreifend deswegen, weil wir dafür da sind, die Sachen,
Lisa Wörner: die Quantenphysik sind, jetzt zu transferieren in das, was Quantentechnologie ist.
Lisa Wörner: Und das ist ein ganz wichtiger Übergang. Wir sind im Moment in einer Situation,
Lisa Wörner: in der wir viel von der Quantenmechanik und auch von Prototypen so verstanden
Lisa Wörner: haben, dass es ganz viele Ansätze gibt.
Lisa Wörner: Und dass wir jetzt dafür da sind, um eben halt viele von diesen Ansätzen auch
Lisa Wörner: Realität werden zu lassen.
Lisa Wörner: Was häufig, natürlich funktioniert das auch in einem universitären Umfeld und
Lisa Wörner: natürlich gibt es auch die Fraunhofer und es gibt auch die Max Plancks und keine
Lisa Wörner: Ahnung dieser Welt und ganz viele Industriepartner, die auch schon großes Interesse daran haben.
Lisa Wörner: Aber wir als DLR-Institut haben da eben auch nochmal einen sehr speziellen Auftrag
Lisa Wörner: und können das auch sehr speziell nochmal angehen mit den entsprechenden Ressourcen,
Lisa Wörner: die uns zur Verfügung stehen. Ich halte das für ganz wichtig.
Lisa Wörner: Und ich halte das auch deswegen für wichtig, weil uns natürlich auch immer wieder gesagt wird,
Lisa Wörner: dass Deutschland ein Hochtechnologie-Standort sein möchte und wir hier auch
Lisa Wörner: eine ganz wichtige Technologie haben oder eine ganz wichtige,
Lisa Wörner: ja sehr breite, das ist Quantentechnologien, wenn wir sofort hinkommen,
Lisa Wörner: ist mehr so eine Überschnittstechnologie, die an ganz vielen Stellen eingreifen
Lisa Wörner: kann, als dass das ist wie Fahrzeugbau.
Lisa Wörner: Wir können im Fahrzeugbau helfen, aber wir sind nicht so eine alleine Säule wie der Fahrzeugbau,
Lisa Wörner: sondern wir sind mehr so eine Überschnittsthematik, sodass ich das für ganz wichtig halte,
Lisa Wörner: dass wir hier eben auch diese Ressource nutzen und weiter ausbauen und eben
Lisa Wörner: dann auch mit der entsprechenden Industriepartner, mit entsprechenden Forschungspartnern
Lisa Wörner: dafür sorgen, dass wir die Anwendung finden.
Tim Pritlove: Da hilft es vielleicht auch nochmal kurz auf die Struktur des Instituts zu schauen,
Tim Pritlove: weil hier gibt es ja verschiedene Forschungsabteilungen, die heißen dann glaube
Tim Pritlove: ich auch so, aber auch nochmal Querschnittsabteilungen.
Tim Pritlove: Erklären Sie doch nochmal kurz, was da so der Gedanke dahinter war,
Tim Pritlove: warum es sinnvoll ist, das so aufzuspalten, wie es getan wurde und warum.
Lisa Wörner: Bei uns beginnt eigentlich immer alles mit der Idee. Wir fangen vorne an mit
Lisa Wörner: einer Idee, welches quantenmechanische Phänomen könnten wir dann nutzen,
Lisa Wörner: um eine Applikation zu schaffen?
Lisa Wörner: Welches Phänomen gibt es vielleicht, was spannend ist? Oder wo möchten wir nochmal
Lisa Wörner: reinschauen? Und natürlich ist das auch so ein sich wiederholender Prozess.
Lisa Wörner: Das heißt, selbst wenn wir eine Technologie haben, wird die wieder zurückgeführt.
Lisa Wörner: Und wir reden nochmal darüber.
Lisa Wörner: Wie können wir die verbessern oder welche anderen Möglichkeiten gibt es da noch?
Lisa Wörner: Deswegen haben wir, das ist die erste Querschnittsabteilung,
Lisa Wörner: die natürlich mit allen Fachabteilungen auch gemeinsam arbeitet.
Lisa Wörner: Das ist die Theorieabteilung, die dafür sorgt, dass das unterfüttert ist,
Lisa Wörner: dass das verstanden wird, das Phänomen verstanden wird, um es dann auch richtig einsetzen zu können.
Lisa Wörner: Dann kommen danach im Prinzip die drei Fachabteilungen.
Lisa Wörner: Die entwickeln tatsächlich vom optischen Tisch das, was man vielleicht in der
Lisa Wörner: Grundlagenphysik verstehen würde, wirklich im optischen Tisch,
Lisa Wörner: im Labor bis so ein bisschen hin zum Prototypen entwickeln, die die Technologien,
Lisa Wörner: die dann spannend sind, bei denen wir Potenzial sehen.
Lisa Wörner: Seien das neue Frequenzreferenzen oder neue verschränkte Quellen oder was auch
Lisa Wörner: immer, da gibt es ganz viel oder neue Magnetometer, gibt es ganz viele verschiedene
Lisa Wörner: Anwendungsbereiche, die wir uns da anschauen.
Lisa Wörner: Und zum Schluss kommen die anderen beiden Querschnittsabteilungen da wieder
Lisa Wörner: dazu, die die dann unterstützen auf dem Weg hin zur nicht wirklich Produktreife,
Lisa Wörner: aber zur Prototypenreife oder zur Umsetzung in der Raumfahrt.
Lisa Wörner: Das ist einmal die Integration für Mikro- und Namenssysteme,
Lisa Wörner: also tatsächlich Miniaturisierung von Systemen ein ganz, ganz großer Punkt.
Lisa Wörner: Wenn Sie so, ich weiß nicht, ob Sie mal in einem Labor waren,
Lisa Wörner: das sind immer riesige Aufbauten, die kann dann der Postdoc XY bedienen und
Lisa Wörner: wenn irgendjemand anders reinkommt, dann zerbricht das ganze Experiment und nichts tut mehr.
Lisa Wörner: Das ist natürlich nichts, was wir als Technologie verkaufen können.
Lisa Wörner: Das ist nichts, was irgendein Industriepartner haben möchte,
Lisa Wörner: sondern die müssen tatsächlich irgendwie idealerweise in eine Schuhbox reinpassen
Lisa Wörner: und man hat außen einen Stecker und auf der anderen Seite einen Anknopf und
Lisa Wörner: dann funktioniert das von ganz alleine.
Tim Pritlove: Auch noch, wenn man fünfmal mit dem Hammer draufhaut.
Lisa Wörner: Idealerweise auch noch, wenn man fünfmal mit dem Hammer draufhaut oder wenn
Lisa Wörner: man es auf eine Rakete drauf packt oder sonst irgendwas. Das Ding sollte möglichst
Lisa Wörner: idealerweise, wenn man es nochmal fallen lässt, sollte es immer noch funktionieren.
Lisa Wörner: Und dafür gibt es eben diese beiden verbleibenden Querschnittsabteilungen,
Lisa Wörner: die zweite heißt dann Quantum Engineering, also tatsächlich die Ingenieurwissenschaft
Lisa Wörner: da auch mit reinzubringen, mit einzubinden, Power Conception runterzubringen,
Lisa Wörner: das System kleiner zu machen, an den Anwendungsfall anzupassen und so weiter und so weiter.
Lisa Wörner: Das klingt jetzt so sehr getrennt voneinander, diese Abteilung,
Lisa Wörner: und die Aufgaben, das ist es natürlich nicht. Also am Ende des Tages vermischt
Lisa Wörner: sich das durchaus auch so ein bisschen.
Lisa Wörner: Aber so ist der Grundgedanke des Instituts, um eben von der Idee bis hinten
Lisa Wörner: raus zu einem Vorprodukt entwickeln zu können.
Lisa Wörner: Ganz wichtig an der Stelle, das Produkt selber machen wir nicht mehr.
Lisa Wörner: Das heißt, wir lizenzieren dann oder haben ein Patent oder machen eine Ausgründung
Lisa Wörner: oder sowas und versuchen das dann auch, eine unserer Hauptaufgaben,
Lisa Wörner: auch in die Industrie zu transferieren, sodass die Technologie dann eben halt
Lisa Wörner: dort auch weitergetrieben werden kann.
Lisa Wörner: Während wir dann wieder zurückgehen und sagen, top jetzt haben wir dieses Magnetometer,
Lisa Wörner: was können wir denn machen, dass das vielleicht noch besser wird oder was können
Lisa Wörner: wir denn tun, dass wir einen anderen Effekt ausnutzen können oder sowas in der Richtung.
Tim Pritlove: Diese Fachabteilung haben wir jetzt kurz angesprochen, aber noch nicht benannt.
Tim Pritlove: Also ich finde das ganz interessant, wie sich das aufteilt.
Tim Pritlove: Quantenmetrologie, das sozusagen, das Messwesen, ja?
Lisa Wörner: Das sind die mit den Frequenzreferenzen.
Tim Pritlove: Also mit den besonders stabilen Frequenzen.
Lisa Wörner: Genau und die haben im Moment ein ganz großes Experiment,
Lisa Wörner: das nennt sich Kompassung, gemeinsam mit anderen Schwesterinstituten von uns,
Lisa Wörner: wo wir versuchen, neue Frequenzreferenzen für dann den späteren Einsatz auch
Lisa Wörner: im Navigationsbereich jetzt erstmal auf der ISS vorzubereiten,
Lisa Wörner: um eben halt auch zu zeigen, dass wir die auch in der Raumfahrt benutzen können,
Lisa Wörner: dass wir sie dort sinnvoll installieren und sinnvoll operieren können.
Lisa Wörner: Ganz wichtiges Thema bei der Stelle.
Lisa Wörner: Die Abteilung macht zusätzlich dann auch noch so ein bisschen den größeren Kontext
Lisa Wörner: der Navigation, wo es dann auch um Inertialsensore geht.
Lisa Wörner: Also da wo GNSS Signale verloren gehen, zum Beispiel im Tunnel oder irgendwie
Lisa Wörner: wo schlechtes Signal ist, dass sie dann trotzdem noch sinnvoll weiter navigieren können.
Lisa Wörner: Dafür entwickeln wir hier dann auch neue Systeme. Auch das wieder gemeinsam mit anderen Systemen.
Tim Pritlove: Kommen wir gleich mal auf diese Projekte. Vielleicht um diese Fachabteilung
Tim Pritlove: nochmal benannt zu haben.
Tim Pritlove: Also neben dieser Meteorologie gibt es noch dann Quanteninformation und Kommunikation und die Nanophysik.
Tim Pritlove: Korrekt. Und ja steigen wir nochmal vielleicht, da wir jetzt schon so viel darüber
Tim Pritlove: geredet haben und das relativ anschaulich ist, mit diesen Navigationssystemen ein.
Tim Pritlove: Also es gibt ja jetzt schon Navigationssysteme und auch Galileo hat ja im Prinzip
Tim Pritlove: wie auch Nachfolgetechnologie bei GPS natürlich auch immer so mit dem Ziel,
Tim Pritlove: ist ja mit dem Ziel angetreten noch genauere Ortung zu ermöglichen.
Tim Pritlove: Bis hin zu so einem Submeterbereich, ich weiß gar nicht wo jetzt die Auflösung
Tim Pritlove: wirklich endet, sind wir da schon im Zentimeterbereich angekommen?
Tim Pritlove: Zehn Zentimeter, ich hab's nicht mehr so ganz im Sinne, also auf jeden Fall überhaupt,
Tim Pritlove: also Metergenau ist ja auch schon mal was, das hat ja GPS,
Tim Pritlove: einfache GPS so nicht geleistet, es gibt ja immer noch so die militärischen Varianten,
Tim Pritlove: die immer noch mal ein bisschen genauer sind, die jetzt für die Allgemeinheit
Tim Pritlove: nicht so ohne weiteres zugänglich sind,
Tim Pritlove: aber Wovon hängt denn das ab, wie genau ein Navigationssystem ist und wie kann
Tim Pritlove: jetzt so die Quantentechnologie und konkret das,
Tim Pritlove: was jetzt sagen wir mal im Rahmen von Compasso gemacht hat, also was ist hier
Tim Pritlove: die Idee, wie man das verbessern kann?
Tim Pritlove: Was braucht es, um bessere Navigationssysteme zu schaffen?
Lisa Wörner: Wir erinnern uns kurz an vorher, wo ich darüber gesprochen habe,
Lisa Wörner: dass wir die vier Satelliten brauchen und ich brauche diese Zeitsignale und
Lisa Wörner: ich habe so ein bisschen gesagt, ja das ist jetzt eine schlechte Abschätzung,
Lisa Wörner: der sagt es ist 15 Uhr und ich sage es ist 15 Uhr eins und je genauer ich diesen
Lisa Wörner: Zeitunterschied kenne,
Lisa Wörner: desto genauer weiß ich auch, wo ich bin, also desto genauer weiß ich,
Lisa Wörner: wie weit ist der von mir entfernt und desto genauer bekomme ich die Positionierung.
Lisa Wörner: Das heißt, die Positionierung auf dem Boden hängt direkt, ist direkt proportional
Lisa Wörner: oder hängt direkt ab von der Frequenzstabilität der Frequenzreferenz im Orbit.
Lisa Wörner: Jetzt gibt es da zwei Punkte. Das eine ist zu sagen, die ist möglichst stabil.
Lisa Wörner: Das ist das eine. Also wie genau ist der Taktgeber? Und das zweite ist,
Lisa Wörner: die Genauigkeit kann auch dadurch erhöht werden, dass man eine kürzere Wellenlänge nimmt.
Lisa Wörner: Das ist so, wie wenn Sie jetzt versuchen, mit einem normalen Lineal Submillimeterlängen
Lisa Wörner: zu messen. Dann werden Sie einen relativ großen Fehler machen.
Lisa Wörner: So ähnlich ist das hier auch. Je kürzer das Lineal, also je kürzer die Wellenlänge,
Lisa Wörner: desto genauer kann die Messung passieren.
Lisa Wörner: Und die Frequenzreferenzen, die wir jetzt entwickeln, sind im Optischen.
Lisa Wörner: Und die optische Wellenlänge ist einfach kürzer als die Radiofrequenzwellenlänge,
Lisa Wörner: sodass wir uns da auch schon durch das Konzept, durch diese neue Technologie
Lisa Wörner: eine Verbesserung der Zeitreferenz erhoffen.
Tim Pritlove: Aber hat man dann in dem Frequenzbereich nicht ein Problem mit Verschattung
Tim Pritlove: und so weiter, weil das geht ja dann nicht mehr überall durch.
Lisa Wörner: Man gibt nicht das optische Signal runter. Zumindest nicht in dieser ersten
Lisa Wörner: Phase. Es gibt dann andere Konstellationen.
Lisa Wörner: Das ist nicht mehr bei uns so sehr stark angesiedelt, sondern da gibt es das
Lisa Wörner: Institut für Kommunikation und Navigation in München und das sogenannte Galileo-Kompetenzzentrum
Lisa Wörner: auch in DLR, eine DLR-Einrichtung auch in München,
Lisa Wörner: die sich dann sehr stark mit Gesamtkonstellationsideen für die nächste Generation GNSS beschäftigen.
Lisa Wörner: Für mich ist hier erst mal zu sagen, diese optische Frequenzreferenz.
Lisa Wörner: Verbessert das Zeitsignal, was wir bekommen können und dann gibt es später so
Lisa Wörner: Ideen von Konstellationen wie zum Beispiel die Kepler Konstellation,
Lisa Wörner: die dann auch optische Frequenzreferenz mit optischen Links hat und natürlich Sachen.
Tim Pritlove: Also wir reden jetzt sozusagen das ganze auf Lichtbasis zu machen,
Tim Pritlove: um sozusagen einen genaueren Takt für die Generierung des eigentlichen Signales zu liefern.
Lisa Wörner: Man tauscht das dann, man tauscht das dann in ein Radiofrequenzsignal und schickt
Lisa Wörner: dann das Radiofrequenzsignal.
Tim Pritlove: Und von was für Differenzen reden wir jetzt hier,
Tim Pritlove: also welche Frequenz kommt so üblicherweise, also welche konkrete Frequenz wird
Tim Pritlove: jetzt von so einem Galileo Satellit, in welchem Bereich bewegt sich das und
Tim Pritlove: von was für Differenzen sprechen wir jetzt hier, die ein Problem sind?
Tim Pritlove: Kann man das irgendwie quantifizieren?
Lisa Wörner: Da erwischen sie mich ganz, ganz kalt. Da kann ich ihnen nicht so wahnsinnig
Lisa Wörner: viel helfen. Das war Episode 8, die wir vielleicht an dieser Stelle einfach
Lisa Wörner: nochmal referenzieren wollen.
Lisa Wörner: Ich glaube, dass die Experten ihnen da einfach viel besser weiterhelfen können,
Lisa Wörner: als ich die, ich kann ein bisschen was sagen zu der Frequenzvergleichs.
Tim Pritlove: Stabilität heißt ja, dass wenn die nächste Welle kommt, dass die nicht zu früh, nicht zu spät kommt.
Tim Pritlove: Davon reden wir. Also dass es keine Schwankungen innerhalb dieser Frequenz gibt,
Tim Pritlove: weil eine Frequenz an sich ist ja erstmal einfach erzeugt, aber ein stabiles
Tim Pritlove: Signal, das ist sozusagen das Ziel.
Lisa Wörner: Genau, es geht darum, dass die Wellenlänge oder die Frequenz eben immer gleich
Lisa Wörner: lang ist und das ist überraschenderweise bei einem Laser als solchen zwar schon der Fall,
Lisa Wörner: aber die schwanken immer noch relativ breit, das nennen wir dann die Bandbreite
Lisa Wörner: und die versuchen wir hier einfach runter zu bekommen, um dann eben halt eine
Lisa Wörner: höhere Genauigkeit zu bekommen.
Tim Pritlove: So ein Jitter, den man da raus holen will.
Tim Pritlove: Und was wird jetzt bei COMPASSO konkret getan, um da voranzukommen?
Tim Pritlove: Also das ist ja ein Experiment auf der ISS, das ist da auch schon. Nee, das kommt da hin.
Lisa Wörner: Das kommt da hin.
Lisa Wörner: Kompasso ist ein Experiment, was genau zeigen soll, dass wir diese Experimente
Lisa Wörner: oder diese Systeme, die wir brauchen, um eine Kepler-Konstellation,
Lisa Wörner: um eine nächste Generation GNSS zu bauen, dass wir die verifizieren.
Lisa Wörner: Und genau das, was wir vorhin hatten, mit dem wir lassen das runterfallen oder
Lisa Wörner: ich werfe mit dem Hammer drauf,
Lisa Wörner: kann das, überlebt das den Raketenstart, überlebt das die Operation in Orbit,
Lisa Wörner: das ist nur auf der ISS, Das ist von der Strahlung her noch relativ harmlos
Lisa Wörner: im Vergleich zu dem, was Galileo-Satelliten aushalten müssen,
Lisa Wörner: aber kann ich das auch remote von dem Boden aus operieren?
Lisa Wörner: COMPASSO kann mehr als nur die optische Frequenzreferenz. Die optische Frequenzreferenz,
Lisa Wörner: die Iod-Referenz liegt bei uns, deswegen ist das für mich so ein ganz wichtiges Thema dabei,
Lisa Wörner: die eben dann auch als Taktgeber für zukünftige Satelliten-Missionen geplant
Lisa Wörner: wird und wo wir natürlich auch versuchen, das entsprechend umzusetzen,
Lisa Wörner: aber da ist noch mehr drauf.
Lisa Wörner: Da ist ein sogenannter Frequenzkam drauf, der von einem Industriepartner gebaut
Lisa Wörner: wird, von Manlo Systems, der das optische Signal mit einem Radiofrequenzsignal vergleicht.
Lisa Wörner: Also das macht die Umsetzung von den optischen Signalen in Radiofrequenzsignale.
Lisa Wörner: Das ist nicht trivial, da gab es einen Nobelpreis für Herrn Hensch in München,
Lisa Wörner: worauf basierend dann auch diese Firma gegründet wurde, soweit ich weiß.
Tim Pritlove: Frequenzkamm ist eine Messmethode oder Mess...
Lisa Wörner: Ist wie ein Transformator.
Lisa Wörner: Ein Transformator der Wellenlänge im Prinzip.
Lisa Wörner: Der vergleicht die optische, die er dann wirklich auch weit weg legt,
Lisa Wörner: mit der Radiofrequenz. Ganz spannendes System, ganz lustig.
Lisa Wörner: Über Frequenzkämmer könnten wir auch alleine nochmal sprechen.
Lisa Wörner: Ist wirklich ein bisschen was in der komplizierteren Technologie.
Tim Pritlove: Okay aber Compasso ist selbst ein, also was macht das Gerät letztlich,
Tim Pritlove: was auf der ISS ist dann konkret und welche Rolle spielt Jod dabei? Genau.
Lisa Wörner: COMPASSO macht verschiedene Dinge. Also das eine ist, wir zeigen,
Lisa Wörner: dass das Jodsystem funktioniert, dass die Frequenzreferenz funktioniert,
Lisa Wörner: dass es so funktioniert, wie wir das tun wollen.
Lisa Wörner: Es übermittelt die Frequenz dann auch optisch auf den Boden.
Lisa Wörner: Das heißt, wir haben auch ein optisches Terminal gemeinsam mit München,
Lisa Wörner: mit den Instituten in München und mit dem Industriepartner TESAT,
Lisa Wörner: wo wir dann das optische Signal mit einem Terminal auf den Boden bringen und
Lisa Wörner: auch vom Boden wieder rauf, sodass wir da Signale vergleichen können.
Lisa Wörner: Und das ist wirklich ganz zentral oder auch ein wichtiges Thema dabei,
Lisa Wörner: macht diese Konversion in den Radiofrequenzbereich, um eben auch mit bestehenden
Lisa Wörner: GNSS Systemen zusammenarbeiten zu können.
Tim Pritlove: Also es wird jetzt schon so ein Modul, was an der Außenhaut der ISS installiert
Tim Pritlove: wird und konkret in Kommunikation tritt mit der Erde, damit man einfach reale
Tim Pritlove: Kommunikation, Frequenzkommunikation betreiben kann.
Lisa Wörner: Genau.
Tim Pritlove: Und das Ziel ist sozusagen, also letzten Endes ist das genauso wie die Atomuhr in Braunschweig.
Tim Pritlove: Also es geht darum einfach ein sehr klares Signal zu erzeugen.
Tim Pritlove: Aber die Hoffnung ist, dass man jetzt auf Basis von Jodatomen das irgendwie genauer hinbekommt.
Lisa Wörner: Genau und Jod hat hier noch andere Vorteile. Also die PTB, ich weiß nicht ob
Lisa Wörner: Sie da mal waren, das funktioniert auf dem Zerfall von dem Cesiumatom.
Lisa Wörner: Das ist eine riesige Anlage, unsere Jodreferenz passt eben in so einen Schuhkarton rein,
Lisa Wörner: sodass wir die ganzen Dinge, die die Raumfahrt mitbringen, das System muss robust
Lisa Wörner: sein, das heißt es muss die ganzen Stöße und Störungen aushalten beim Start,
Lisa Wörner: das muss auch die Integration auf der Außenhaut der ISS überleben.
Lisa Wörner: Das System muss resilient sein, also es muss sich möglichst alleine wiederherstellen
Lisa Wörner: können im Falle eines Fehlers.
Lisa Wörner: Das System muss automatisiert sein.
Lisa Wörner: Ich kann keine Astronauten da, die das dann mit Knöpfchen drücken und vielleicht
Lisa Wörner: auch nochmal justieren und Leute solche Themen.
Lisa Wörner: Das heißt, das muss auch automatisiert laufen und es muss klein sein und möglichst
Lisa Wörner: wenig Stromverbrauch haben.
Lisa Wörner: Das sind alles so Themen, die wir durch dieses Experiment eben auch zeigen können
Lisa Wörner: oder durch diese Nutzlast zeigen können und damit eben verifizieren können,
Lisa Wörner: dass die Technologien, die wir hier entwickeln, auch das tun,
Lisa Wörner: was wir gerne von ihnen haben möchten.
Lisa Wörner: Also das ist eine Verifikation der optischen Technologien in Orbit am Ende des Tages.
Tim Pritlove: Und das Ziel ist letzten Endes damit so ein Technologiedemonstrator zu machen.
Tim Pritlove: Hier mit diesem Ansatz auf Basis von Jodatomen können wir einfach nochmal viel
Tim Pritlove: geilere Frequenzen erzeugen.
Tim Pritlove: Habt ihr noch nie gesehen so scharfkantig. Funktioniert super.
Lisa Wörner: Genau. Ich glaube vor dem Gespräch angesprochen, dass Raumfahrt immer gerne
Lisa Wörner: so zehn Jahre hinterher ist. Das hat was damit zu tun, dass in der Raumfahrt
Lisa Wörner: vor allen Dingen bekannte, verstandene Technologie benutzt wird.
Lisa Wörner: Verständlicherweise. So ein Satellit ist sehr sehr teuer.
Lisa Wörner: Wenn ich den in einen geostationären Orbit gebracht habe, komme ich da auch
Lisa Wörner: nicht mehr so ohne weiteres dran. Das heißt die Technologie,
Lisa Wörner: die an Bord ist, muss funktionieren.
Tim Pritlove: Gut abgehangen sagt man.
Lisa Wörner: Genau, gut abgehangen. Und für uns ist dieser Schritt zu COMPASSO sozusagen
Lisa Wörner: ein Schritt vorwärts, um zu zeigen, dass die Technologie so funktioniert,
Lisa Wörner: wie wir sie versprechen.
Lisa Wörner: Und das ist für uns ein Schritt auf dem Weg hin zu Next Generation Navigation Systems.
Tim Pritlove: Ist COMPASSO nach diesem Tänzer benannt?
Lisa Wörner: Der Name von COMPASSO ist eine lustige Quiste.
Lisa Wörner: Es ist kein Akronym, sondern es geht ja hier dabei auch darum zu zeigen,
Lisa Wörner: dass wir eben diese Kepler-Konstellation bedienen möchten oder dass das so einer
Lisa Wörner: der Wege ist für die COMPASSO-Technologien und auch die Galileo-Thematik ein
Lisa Wörner: so ein Thema ist dafür und gleichzeitig möchten wir auch zeigen,
Lisa Wörner: dass es eben in die Navigation gehört.
Lisa Wörner: Kompass ist ja auch etwas, was für die Navigation nutzt.
Lisa Wörner: Und Kompasso ist einer der ersten Rechenschieber, den Galileo und Kepler zusammen
Lisa Wörner: verwendet haben, also es ist so ein bisschen deren Pfadfinder gewesen,
Lisa Wörner: so wie jetzt unser Experiment der Pfadfinder für zukünftige Galileo-Systeme
Lisa Wörner: ist oder zukünftige Kepler-Systeme.
Tim Pritlove: Alright. Hat immer alles einen Hintergrund.
Lisa Wörner: Es hat immer alles einen Hintergrund. Wir benennen nicht aus Versehen.
Tim Pritlove: Jetzt hatten wir vorhin schon das Projekt BECAL erwähnt. Das scheint ja hier
Tim Pritlove: eine wichtige Rolle zu spielen. Was hat es denn damit auf sich?
Lisa Wörner: BECAL ist ein tolles Experiment. BECAL ist tatsächlich ein Akronym.
Lisa Wörner: Steht für Bose-Einstand Condensate and Cold Atom Laboratory.
Lisa Wörner: Was uns auch schon ganz viel über das sagt, was das Experiment kann und soll.
Lisa Wörner: BKAL soll auf der ISS kalte Atome, ein sogenanntes Bose-Einstand-Kondensat,
Lisa Wörner: also man kühlt und kühlt und kühlt und kühlt die Atome, bis sie nicht mehr durch
Lisa Wörner: eine eigene, einzelne Wellenfunktion beschrieben wird, sondern auf einmal dieses
Lisa Wörner: ganze Konglomerat an Atomen mit einer Wellenlänge beschrieben wird.
Lisa Wörner: Für das erste Bose-Einstand-Kondensat gab es den Nobelpreis,
Lisa Wörner: ich meine Anfang der 90er.
Lisa Wörner: Also auch noch gar keine so alte Technologie, die wir da jetzt benutzen, naja 30 Jahre.
Tim Pritlove: Also ein spezieller Zustand, in dem sich eine bestimmte Art von Materie,
Tim Pritlove: aber nicht jegliche Art von Materie befinden kann?
Lisa Wörner: Ja genau, also im Prinzip ist das ein Zustand der Materie wie das, was sie sonst so kennen.
Lisa Wörner: Sie kennen sicherlich Festkörper und Flüssig und sie kennen Gas und vielleicht,
Lisa Wörner: nachdem ich vorhin so lange darüber gesprochen habe, jetzt auch Plasma noch
Lisa Wörner: als zusätzlichen Zustand.
Lisa Wörner: Und wenn man das weiter kühlt und kühlt und kühlt und kühlt,
Lisa Wörner: dann kommt man zu dem sogenannten Bose-Einstein-Kondensat, also einem Kondensationsvorgang.
Lisa Wörner: Es können nicht alle Teilchen tatsächlich kondensieren, sondern nur die,
Lisa Wörner: die der Bose-Einstein-Statistik folgen, sogenannte Bosonen.
Lisa Wörner: Das hat was mit dem Spin zu tun.
Lisa Wörner: Da gibt es den großen Unterschied zu haben zum Beispiel elektronenhalbzahligen
Lisa Wörner: Spin, sagt man dazu. Das ist eine Quantenzahl, die dann bestimmt,
Lisa Wörner: wie sich das Teilchen verhält.
Lisa Wörner: Während zum Beispiel Protonen und Neutronen, nein das stimmt nicht,
Lisa Wörner: die haben auch halbzahligen Spin.
Lisa Wörner: Jetzt fällt mir kein gutes Beispiel ein, die Wechselwirkungs-Bosonen haben ganzzahligen Spin.
Lisa Wörner: Das Higgs-Boson, ein typisches Boson, hat ganzzahligen Spin und danach trennt
Lisa Wörner: sich das auch. Also das, was halbzahligen Spin hat, nennen wir ein Fermion,
Lisa Wörner: nach Fermi und das, was ganzzahligen Spin hat, nennen wir ein Boson, nach Herrn Bose.
Lisa Wörner: Und bei BKL schauen wir uns eben halt genau Bosonen an, die diese Kondensation
Lisa Wörner: untergehen können. Elektronen können das, Fermionen können diese Kondensation
Lisa Wörner: nicht in dieser Form unterlaufen.
Lisa Wörner: Die kann man trotzdem kühlen und man kann dann ganz viel spannende Systematiken damit machen.
Lisa Wörner: Aber die Kondensation geht eben vor allen Dingen mit den Bosonen.
Tim Pritlove: Wie zum Beispiel das Photon.
Lisa Wörner: Das Photon ist auch ein Boson. Wir benutzen in diesem Fall Rubidium-Atome und
Lisa Wörner: Kalium-Atome, die dann sowohl bosonisch wie auch fermionisch vorkommen und wir benutzen da die.
Tim Pritlove: Okay, also ein bestimmter Ausschnitt aus dem Teilchen-Zoo hat atomare Eigenschaften,
Tim Pritlove: die es ermöglichen, dass man dieses Zeug in diesen Zustand bekommt,
Tim Pritlove: den man sich quasi als weiteren Zustand neben dem, was man so kennt mit festflüssig, gasförmig etc.
Tim Pritlove: Trifft, aber das findet eben nur statt, wenn es alles sehr kalt ist.
Tim Pritlove: Aber wozu braucht man das?
Lisa Wörner: Ja, also erstmal ist das, das ist ja jetzt genau dieser Punkt,
Lisa Wörner: an dem wir jetzt an dem Überschritt sind von der Quantenmechanik hin zur Quantentechnologie.
Lisa Wörner: Quantenmechanisch ist dieser Zustand alleine super spannend.
Lisa Wörner: Ganz spannender Zustand, passieren ganz toll viele Sachen.
Tim Pritlove: Da sitzt der Forscher und staunt.
Lisa Wörner: Da sitzt der Forscher und staunt und ist ganz glücklich darüber und dann kann
Lisa Wörner: man damit ganz, ganz viele tolle Sachen machen. Das erste, was man damit machen
Lisa Wörner: kann, ist tatsächlich, also wir haben jetzt zwei Dinge.
Lisa Wörner: Das eine ist, diese Atome haben Masse. Das heißt, ich habe so eine Wolke,
Lisa Wörner: die hat Masse. Die folgt einer Beschleunigung. Feld zum Beispiel im Erdgravitationsfeld.
Lisa Wörner: Das ist jetzt der eine Punkt. Der zweite Punkt, der ist fast noch wichtiger.
Lisa Wörner: Ich habe über diese Wolke eine Wellenfunktion drüber liegen.
Lisa Wörner: Ein anderes System, was eine Wellenfunktion hat, die das sehr toll beschreibt, ist ein Laser.
Lisa Wörner: Da habe ich einfach diese eine Wellenlänge, die beschreibt, der Laser ist super,
Lisa Wörner: der ist total stabil, vielleicht habe ich ihn auch noch stabilisiert,
Lisa Wörner: ich bin total glücklich.
Lisa Wörner: Dann mache ich damit Interferometrie, um Dinge zu vermessen.
Lisa Wörner: Abstände oder Bewegungen oder sonst irgendwas. Aber immer das Problem,
Lisa Wörner: dass der Laser selber nicht Masse behaftet, ist der Laserstrahl als solcher.
Lisa Wörner: Das heißt ich kann nur die Bewegung dadurch messen, dass sich irgendwie ein
Lisa Wörner: Abstand verändert oder dass irgendwie eine Testmasse sich verändert.
Tim Pritlove: So wie man zum Beispiel Gravitationswellen misst, indem man Laser wohin schickt
Tim Pritlove: mit dem Spiegel wieder zurück und wenn sich da zwischen der Raum expandiert,
Tim Pritlove: dann ändert sich die Frequenz des Lasers und daraus kann man das dann ablesen.
Lisa Wörner: Nicht die Frequenz, sondern nur das Interferogramm am Ende.
Tim Pritlove: Achso ja okay, also die beiden, also man schickt ja zwei im 90 Grad Winkel und
Tim Pritlove: guckt ob die sozusagen danach auch wieder überlagern und wenn nicht dann hat
Tim Pritlove: sich halt der Raum bewegt, gekrümmt oder?
Lisa Wörner: Genau, dann ist die Distanz kürzer geworden und auf einmal ist da wo die beiden
Lisa Wörner: Wellenberge war, es ist jetzt vielleicht ein Wellenberg und ein Wellental und
Lisa Wörner: das löst sich auf und auf einmal, das sieht man ganz schön, dann wandert das
Lisa Wörner: Interferenzmuster am Ende so ein bisschen.
Lisa Wörner: Das ist genau das, was man macht. Also ein super schönes Beispiel dafür, absolut.
Lisa Wörner: LIGO und auch LISA. LIGO ist der auf der Erde, LISA ist der im All.
Tim Pritlove: Der irgendwann mal im All sein soll, ja genau. Kommt noch.
Lisa Wörner: Kommt noch. Total spannendes Experiment. Und wir haben jetzt den Vorteil,
Lisa Wörner: dass wir diese Wellenfunktion haben, aber das System ist in sich massenbehaftet.
Lisa Wörner: Das heißt, ich kann jetzt, wenn ich mit den...
Lisa Wörner: Also die Interferometrie mit den Atomen machen, nicht mehr an den Atomen.
Lisa Wörner: Also ich habe keinen, es ist nicht so, dass ich mit einem Laser reingehe und
Lisa Wörner: den zurückgehe und ich gucke dann in der Laserinterferenz nach,
Lisa Wörner: sondern ich benutze die Atome, um damit Interferenz zu machen.
Lisa Wörner: So ähnlich wie vorher mit den Fullerenen am Doppelspalt.
Lisa Wörner: Nur dass wir jetzt die Spalten durch Laser erzeugen, es wird sehr, sehr kompliziert dann.
Lisa Wörner: Kann ich damit Interferenz machen und kann eben mit diesen Atomen jetzt Systeme probieren.
Lisa Wörner: Insbesondere Beschleunigung. Und eines der ersten Experimente,
Lisa Wörner: was man damit versucht hat zu machen, ist die Äquivalenz des freien Falls zu untersuchen.
Lisa Wörner: Ganz spannendes System. Wenn Sie jetzt eine Feder und eine Bleikugel fallen
Lisa Wörner: lassen, dann behaupte ich, dass die gleich schnell fallen. Und dann sagen Sie,
Lisa Wörner: nein, das tun Sie nicht. Und dann sage ich ihnen, ja dann haben sie noch ein Luftproblem.
Lisa Wörner: Und dann nehmen wir die Luft raus und auf einmal sehen wir, dass die gleichzeitig fallen.
Lisa Wörner: Für interessierte Zuhörer, es gibt da ein tolles Video von der NASA,
Lisa Wörner: man sieht nicht so richtig viel drauf, aber ich glaube Neil Armstrong hat das
Lisa Wörner: tatsächlich auf dem Mond gemacht.
Lisa Wörner: Da hat er einen Hammer und eine Feder oder sowas auf den Mond fallen lassen
Lisa Wörner: und man sieht auf diesem Video auch wie das gleichzeitig fällt und das ist eine spannende Frage.
Lisa Wörner: Ist tatsächlich dieses Äquivalenzprinzip, dieses Einstein'sche Äquivalenzprinzip,
Lisa Wörner: Ist das valide bis überall oder finden wir da eine Verletzung?
Lisa Wörner: Das ist eine totale Grundlagenthematik, aber die kann man mit diesen kalten
Lisa Wörner: Atomen eben untersuchen.
Lisa Wörner: Das wurde gemacht oder wird jetzt geplant auf einer sogenannten Höhenforschungsrakete,
Lisa Wörner: wo man ein Bose-Einstein-Kondensat auf eine Rakete packt, schickt das hoch und
Lisa Wörner: es kommt wieder runter. Sechs Minuten Schwerelosigkeit und kann in dieser Zeit
Lisa Wörner: eben Experimente machen.
Lisa Wörner: Um das zu tun, muss man zwei verschiedene Massen miteinander vergleichen.
Lisa Wörner: Ich muss also zwei verschiedene schwere Objekte haben und gucken,
Lisa Wörner: wie fallen die im gravitativen Potenzial.
Lisa Wörner: Bei uns machen wir das mit überraschenderweise Rubidium und Kalium.
Lisa Wörner: Man vergleicht das Fallen, die Beschleunigung in dem Gravitationsfeld durch
Lisa Wörner: sehr genaue Interferenz an diesen Testteilchen und kann damit dann zum Beispiel
Lisa Wörner: das Äquivalenzprinzip vermessen.
Lisa Wörner: Jetzt habe ich schon gesagt, ich kann damit also Beschleunigung messen,
Lisa Wörner: wie zum Beispiel die Erdgravitation.
Lisa Wörner: Super, dann kann ich das bestimmt auch für andere Dinge einsetzen.
Lisa Wörner: Also hier wäre die Quantenmechanik als Sensor für andere Fundamentalphysik gewesen
Lisa Wörner: und jetzt ist die Frage, kann ich diesen Sensor, den ich für die fundamentale
Lisa Wörner: Physik eingesetzt habe, nicht auch für alles andere nutzen?
Lisa Wörner: Gibt es nicht vielleicht noch andere Anwendungsgebiete, in denen ich das benutzen kann?
Tim Pritlove: Vermessung der Erdschwere, gab es ja schon einige Systeme, Goethe aus Europa
Tim Pritlove: und ich glaube die Amerikaner hatten auch noch zwei, drei. Grace. Grace, genau.
Tim Pritlove: Und das ist ja schon ganz gut vermessen. Aber man will ja immer genauer sein.
Tim Pritlove: Wie, also das heißt, ich stelle mir das jetzt so ein bisschen vor,
Tim Pritlove: es gibt da halt so einen Kühlschrank, da ist irgendwie dieses Einstein-Bosel-Kondensat da drin,
Tim Pritlove: sozusagen so eine, wie soll ich es nennen, Also so ein Gemisch in diesem Zauberzustand,
Tim Pritlove: in dem sich alles irgendwie gleichförmig verhält, wie kann man dem denn jetzt
Tim Pritlove: sozusagen diesen Messwert entlocken?
Tim Pritlove: Also wie fällt das an? Also die Gravitation wirkt dann halt auf diese Masse ein.
Tim Pritlove: Und wie kriege ich dann diesen Wert heraus? Woran kann ich feststellen,
Tim Pritlove: aha da rupft jetzt was hier an meinem Kondensat?
Lisa Wörner: Also zunächst mal machen wir hier keine Zauberzustände.
Tim Pritlove: Das funktioniert alles, das ist alles tatsächlich… Bevor ich jetzt irgendeinen
Tim Pritlove: Vergleich mit Eis und Gas und so weiter mache, es ist ja ein anderer Zustand,
Tim Pritlove: was weiß ich, ich hab's ja noch nicht gesehen, vielleicht sieht das ja ganz irre aus.
Lisa Wörner: Ja, das ist Ei… ja, genau. Das kondensiert… ich nutze immer gerne die Jugendlichen,
Lisa Wörner: die sich hinten im Bus alle auf den gleichen Sitzplatz setzen.
Tim Pritlove: Also ich hab einfach gelernt, alles was jenseits unseres bisherigen Verstehens
Tim Pritlove: ist, ist das was man Magie nennt. Also von daher ist das für mich jetzt als
Tim Pritlove: Zauberzustand ganz wertfrei.
Lisa Wörner: Genau, genau deswegen ist es für mich keine. Natürlich brauchen wir da so ein
Lisa Wörner: bisschen Geschick und geschultes Personal, da steckt ganz viel Knowhow drin, es ist aber keine Magie.
Lisa Wörner: Wir verstehen wie die Systeme funktionieren.
Tim Pritlove: Aber wie entlockt man dem jetzt sozusagen diesem Zeug einen Messwert?
Tim Pritlove: Bei dem Laser verstehe ich das aber.
Lisa Wörner: Das wird jetzt ein bisschen tricky für mich zu erklären ohne dass ich dabei
Lisa Wörner: Bilder malen darf. Das ist die Kunst.
Tim Pritlove: Prinzip ist wichtig.
Lisa Wörner: Normalerweise fange ich jetzt an zu malen, weil dann erklärt das sich so ein
Lisa Wörner: bisschen einfacher. Also, was man macht, ist...
Lisa Wörner: Wenn Sie sich jetzt vorstellen, Sie haben diese Atomwolke und jetzt nutzen wir
Lisa Wörner: einen ersten Laserstrahl und teilen die in zwei Anteile.
Lisa Wörner: Das ist im Prinzip genauso wie das,
Lisa Wörner: was bei LIGO passiert. Man nimmt den Laserstrahl und teilt ihn in zwei.
Lisa Wörner: Dann mache ich eine Rückreflexion mit einem zweiten Laserstrahl,
Lisa Wörner: sodass die wieder aufeinander zufallen und in einem dritten teile ich wieder jeden von denen,
Lisa Wörner: sodass ich am Ende dann zwei Massen bekomme, in denen sich die beiden dann überlagern,
Lisa Wörner: in denen ich einen Anteil von dem unteren Ast habe, der mit dem oberen Ast überlagert
Lisa Wörner: und einen Anteil, in dem sich der obere mit dem unteren überlagert.
Lisa Wörner: Sodass ich am Ende zwei Auslesewolken habe am Ende des Tages.
Tim Pritlove: Also man geht richtig konkret mit dem Laser durch dieses Kondensat durch.
Lisa Wörner: Genau. Nur dass der Laser hier wirkt wie bei dem Laser-Experiment die Spiegel und die Strahlteile.
Lisa Wörner: Das heißt der Laser ist zunächst ein Strahlteiler, dann ein Spiegel und wieder ein Strahlteiler.
Lisa Wörner: Und solange wir keine Gravitation haben, bewegen die sich eben auf diesem Pfad
Lisa Wörner: und ich kombiniere sie hinten und ich sehe keine Veränderung in dem Endresultat.
Lisa Wörner: Und jetzt ganz ähnlich wie bei Ligo und Lisa, wenn sich das jetzt im Gravitationspotential
Lisa Wörner: bewegt, dann fallen die nach unten.
Lisa Wörner: Das heißt, ich verändere die Länge dieser Wege und damit auch verändere ich
Lisa Wörner: auch das Auslesesignal und kann dann aus dem Auslesesignal die Beschleunigung
Lisa Wörner: ablesen, die ich vermessen habe.
Lisa Wörner: Und jetzt haben Sie gerade die beiden Experimente angesprochen,
Lisa Wörner: GOCE und GRACE, die funktionieren ein bisschen unterschiedlich.
Lisa Wörner: GOCE vermisst eine Gradiometrie, also die Veränderung des Gravitationsgradienten
Lisa Wörner: entlang des Gravitationsvektors.
Lisa Wörner: Das kann ich also hier genauso machen. Ich messe also an zwei übereinander geordneten
Lisa Wörner: Positionen entlang des Gravitationsvektors,
Lisa Wörner: die Gravitation mit dem Atometerferometer und bekomme einen Gravitationsgradiometer,
Lisa Wörner: eine Goethe-artige Konstellation mit einem Satelliten, die das Erdschwerfeld vermisst.
Lisa Wörner: Und bei GRACE ist die Situation ein bisschen anders. Bei GRACE hat man zwei
Lisa Wörner: oder mehr, wir lassen mal diese ganzen anderen Konstellationen,
Lisa Wörner: wo dann irgendwie mit drei vorgeschlagen wurde und dann so zueinander verkippt
Lisa Wörner: und so, das lassen wir mal alles raus.
Lisa Wörner: Gehen wir mal von der einfachen GRACE Konfiguration aus. Da habe ich zwei Satelliten,
Lisa Wörner: die fliegen hintereinander her.
Lisa Wörner: Und wenn jetzt unten drunter eine höhere Masse ist, zum Beispiel im Berg,
Lisa Wörner: dann wird die Beschleunigung durch diese höhere Masse größer.
Lisa Wörner: Das heißt der erste wird von dem zweiten wegbeschleunigt und die Entfernung
Lisa Wörner: zwischen den beiden wird größer.
Lisa Wörner: Dann fliegt der drüber, wird gebremst und dann kommt der zweite hin und wird
Lisa Wörner: beschleunigt, dann wird der Abstand kleiner. Wenn der zweite drüber geflogen
Lisa Wörner: ist, wird der auch gebremst und wir haben wieder den Originalabstand zwischen den beiden.
Lisa Wörner: Damit messe ich das Gravitationspotential. Ich mache einfach eine Entfernungsmessung
Lisa Wörner: zwischen diesen beiden Satelliten.
Tim Pritlove: Ganz einfach.
Lisa Wörner: Ganz einfach. Also schon das Tracking ist super simpel. Verstehe gar nicht. Total einfach.
Lisa Wörner: Dabei ist es jetzt ganz wichtig, dass ich unterscheiden kann,
Lisa Wörner: ist diese Abstandsmessung, die ich mache, ist das tatsächlich ein gravitatives
Lisa Wörner: Signal oder liegt das daran, dass diese Satelliten gewackelt haben?
Lisa Wörner: Das heißt hierbei kann man Atominterferometer einsetzen, um die Beschleunigung
Lisa Wörner: des Satelliten zu vermessen und das Signal dann eben zu trennen von dem Gravitationssignal.
Lisa Wörner: Wichtig an der Stelle, BKL machen wir hier auch,
Lisa Wörner: aber der Hauptanteil von BKL,
Lisa Wörner: also das Physics-Package liegt bei einem Schwesterinstitut in Hannover,
Lisa Wörner: bei dem Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik und wir haben ganz,
Lisa Wörner: ganz viele nationale Partner da drin, die verschiedene Systeme bauen,
Lisa Wörner: das Lasersystem, die Elektronik.
Lisa Wörner: In die Infrastruktur und dann auch noch ganz wichtig, BKL ist eine Kollaboration
Lisa Wörner: mit der NASA, die uns dann auf die ISS bringt und die ISS zur Verfügung stellt.
Lisa Wörner: Warum sage ich das alles?
Lisa Wörner: Weil diese Erdbeobachtungsmissionen danach, diese GOCHA-artigen,
Lisa Wörner: also die Gradiometrie und die Gravimetrie,
Lisa Wörner: die GRACE-artigen Experimente, das ist alles ganz viel Expertise,
Lisa Wörner: die auch in Hannover liegt, bei dem Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik,
Lisa Wörner: die dann auch tatsächlich Abteilungen haben, die diese Laser-Link-Systematik im Griff haben.
Lisa Wörner: Offensichtlich ist es so einfach, dass wir eine ganze Abteilung dafür brauchen,
Lisa Wörner: die die Atominterferometrie da drin im Griff haben,
Lisa Wörner: die dann die Modellierung des Ergebnisses,
Lisa Wörner: also die Rückführung dieser Abstandsmessung auf ein Gravitationssignal,
Lisa Wörner: auf eine tatsächliche Gravitationsfeldkarte zurückführen, lauter solche Sachen.
Lisa Wörner: Also da passiert ganz viel in verschiedenen Dingen.
Tim Pritlove: Ich muss ja nochmal fragen, was die Erwartung ist und wie viel genauer man so
Tim Pritlove: eine Messung dann mit diesem Kondensat durchführen kann als mit diesen anderen Methoden.
Lisa Wörner: Also eines der Hauptdinge und da gibt es eine Studie,
Lisa Wörner: die viel Kritik auch erfahren hat, weil die relativ einfache Modelle reingesteckt haben,
Lisa Wörner: ist, dass man damit die, also zum einen natürlich macht man die Sensitivität
Lisa Wörner: besser, aber das was man eben auch wegbekommt ist die Drift.
Lisa Wörner: Das ist das, was wir vorher auch bei der Navigation hatten, die Ihnen die Navigation
Lisa Wörner: im Auto kaputt macht, wenn Sie in den Tunnel reinfahren.
Lisa Wörner: Dann reibt das an irgendwas und dann geht das irgendwie mit der Zeit daneben.
Lisa Wörner: Und so ähnlich ist das hier auch.
Lisa Wörner: Die Systeme, die wir im Moment verwenden, die haben alle irgendwie eine Reibung an irgendetwas.
Lisa Wörner: Also ich muss irgendwie immer, ja den Beschleunigungssensor,
Lisa Wörner: den ich drin habe, muss ich immer irgendwo festhalten, damit er mir sagen kann,
Lisa Wörner: wie stark das System sich bewegt.
Lisa Wörner: Diese Drift haben die Atominterferometer nicht, sodass ich immer einen absoluten
Lisa Wörner: Vergleich bekomme über die verschiedenen Orbits und damit auch eine bessere
Lisa Wörner: Übersicht über Streifen, die nebeneinander passieren.
Lisa Wörner: Also wenn der Satellit 2 benachbarte Orbits überfliegt,
Lisa Wörner: dann bekommt man da im Klassischen ein sogenanntes Striping und auch dieses
Lisa Wörner: Striping wird man reduzieren können mithilfe von dieser … Weil einfach quasi
Lisa Wörner: die Messfehler geringer werden und man nicht mehr so unterschiedliche,
Lisa Wörner: grundlegende Daten hat.
Tim Pritlove: Beim zweiten Mal rüber, es nähert sich alles vom Messergebnis mehr aneinander
Tim Pritlove: an. Genau. Okay, nachvollziehbar.
Tim Pritlove: Jetzt diese, das Beispiel ist ja jetzt schon ein paar mal gefallen und das ist
Tim Pritlove: ja auch sagen wir mal etwas, was man so aus der normalen Lebenswelt eben auch
Tim Pritlove: kennt, so diese Navigation in Tunneln.
Tim Pritlove: Ich hatte da schon, als das so losging mit diesen Handys und mit den Ordnungen und so,
Tim Pritlove: kennt ja jeder, man fährt da so in den Tunnel rein und dann auf einmal so,
Tim Pritlove: ja ich seh keinen Satelliten mehr und WLAN gibt's ja auch nicht,
Tim Pritlove: was mir weiterhelfen kann und der Tunnelbetreiber hat jetzt auch sonst hier
Tim Pritlove: keine Beacons installiert, die sagen würden wo man jetzt gerade ist und der
Tim Pritlove: Tunnel ist so ein bisschen länger und windet sich jetzt durch die Alpen.
Tim Pritlove: Klar, dann funktioniert natürlich eine Satellitennavigation nicht mehr,
Tim Pritlove: aber die Telefone haben ja einen Beschleunigungssensor da drin und so rein theoretisch,
Tim Pritlove: rein theoretisch müsste man ja jetzt durch kontinuierliches Auslesen dieses
Tim Pritlove: Beschleunigungssensors nachvollziehen
Tim Pritlove: können, wie das Auto sich denn nun durch diesen Tunnel bewegt.
Tim Pritlove: Aber man hört es schon, sie schütteln mit dem Kopf. Leider nein.
Tim Pritlove: Ganz so einfach ist es dann doch nicht.
Lisa Wörner: Also das funktioniert für eine gewisse Zeit, der Beschleunigungssensor,
Lisa Wörner: insbesondere der im Auto, der weiß ja auch wann ich lenke und so,
Lisa Wörner: aber da ist eben immer diese mechanische Reibung mit drin, die eine Drift erzeugt.
Tim Pritlove: Aber in meinem Telefon noch nicht.
Lisa Wörner: Auch in dem System in ihrem Telefon erzeugt der eine Reibung,
Lisa Wörner: der muss ja irgendwie festgehalten werden, die Masse muss ja irgendwie ausgelesen
Lisa Wörner: werden, die ist ja nicht schwerelos da drin. Dafür, dafür.
Lisa Wörner: Dafür liegt das jetzt auch schon zu lange auf dem Tisch, als dass ich glaube,
Lisa Wörner: dass das schwerelos da drin ist.
Tim Pritlove: Ja okay, also sozusagen die Schwerkraft zieht ja permanent an diesem Sensor.
Tim Pritlove: Also wenn man mit dem Computer so einen ganz normalen Beschleunigungssensor
Tim Pritlove: ausliest von einem Telefon, was auf dem Tisch liegt, dann liefert das ja die
Tim Pritlove: ganze Zeit eine Beschleunigung, weil ja die Erdbeschleunigung die ganze Zeit drauf wirkt.
Lisa Wörner: Das ist richtig, das ist aber nicht das Problem. Das Problem ist,
Lisa Wörner: dass der Sensor an irgendwas fest sein muss.
Lisa Wörner: Damit der eben halt irgendein Signal gibt, muss der ja irgendwie sich bewegen können.
Lisa Wörner: Ich muss diese Bewegung auslesen und ich muss den irgendwo halten.
Lisa Wörner: Es gibt die elektrostatischen, aber auch die elektrostatischen müssen,
Lisa Wörner: halten das System fest. Der hält das elektrostatisch in dieser Position und
Lisa Wörner: dann wackelt das da drin. Das heißt aber ich habe immer noch eine Reibung.
Lisa Wörner: Also ich habe immer noch irgendwie eine rückstellende Kraft,
Lisa Wörner: die das System wieder in den Ursprungszustand zurückbringt und das sorgt für die Drift.
Lisa Wörner: Und die Drift sorgt dafür, dass nach relativ kurzer Zeit, tatsächlich auch im
Lisa Wörner: Tunnel, nach relativ kurzer Zeit die Genauigkeit der Position stark runtergeht.
Lisa Wörner: Bei ihrem Handy haben sie da noch den Vorteil, dass sie, solange sie noch Signal
Lisa Wörner: haben, also noch Mobilfunksignal, kann das auch noch helfen.
Lisa Wörner: Das macht dann eine Triangulation über die verbundenen Masten.
Lisa Wörner: Das kann helfen, aber nehmen wir das mal weg, dann haben Sie einfach nur diesen
Lisa Wörner: Inertialsensor und der kommt sehr, sehr schnell an seine Grenzen und braucht
Lisa Wörner: sehr schnell wieder ein GNSS-Signal, um zu sagen, ach so, da bin ich.
Lisa Wörner: Das sehen Sie auch daran, wenn Sie Ihr Handy aufmachen und Sie haben diesen
Lisa Wörner: kleinen blauen Punkt in der Mitte und dann ist da dieser große blaue Kreis außenrum,
Lisa Wörner: der sagt, das ist die Genauigkeit Ihrer aktuellen Position. Das hat genau was damit zu tun.
Lisa Wörner: Das wird immer, also wenn wir jetzt kein GNSS hätten und kein Telekom und sie
Lisa Wörner: würden damit loslaufen, dann würde dieser blaue Kreis sehr schnell immer immer
Lisa Wörner: größer werden, weil er immer ungenauer weiß, wo sie sind.
Tim Pritlove: Der Kreis der Unsicherheit.
Lisa Wörner: Der Kreis der Unsicherheit. Den können wir hier mit Inertialsensorik basierend
Lisa Wörner: auf Quantentechnologien eben durch diese Driftfreiheit in dem Sensor,
Lisa Wörner: können wir den reduzieren.
Tim Pritlove: Und diese Driftfreiheit, die leitet sich woraus genau ab?
Tim Pritlove: Bezieht sich das jetzt auch wieder auf dieses Bose-Einstein-Kondensat oder reden
Tim Pritlove: wir jetzt noch von einer anderen Anwendung?
Lisa Wörner: Man kann das auch auf der Erde machen, aber bleiben wir mal bei dem Bose-Einstein-Kondensat
Lisa Wörner: und bleiben wir mal bei den GRACE-Satelliten, bei denen ich ja im Prinzip die
Lisa Wörner: Inertialsensorik genau dafür benutze.
Lisa Wörner: Dann habe ich eben den Vorteil, dass dieses System frei mit dem Satelliten um die Erde fällt.
Lisa Wörner: Das heißt, ich muss das nicht festhalten und damit befähigt sich das in einem
Lisa Wörner: sehr, sehr guten Vakuum.
Lisa Wörner: 10 hoch minus 10, 10 hoch minus 11 Millibar. Da ist wirklich wenig Reibung.
Lisa Wörner: Da ist noch eine Rechtsreibung, was damit was zu tun hat, dass wir nicht so
Lisa Wörner: richtig gutes Vakuum da reinbekommen. Aber da ist nicht mehr viel Reibung,
Lisa Wörner: sodass es wirklich keine Drift gibt.
Lisa Wörner: Ohne Reibung geht das nicht viel. Theoretisch. Da ist natürlich die reale Welt
Lisa Wörner: immer noch so ein bisschen so eine Sache.
Tim Pritlove: Aber es ist so eine einheitliche Masse,
Tim Pritlove: die sozusagen in einem klar definierten Zustand ist, wo jedes Teil sozusagen
Tim Pritlove: derselben Gleichung gehorcht in diesem Zustand und deswegen sich gut messen lässt.
Lisa Wörner: Das Ensemble gehorcht der Wellenfunktion, mit der wir es beschreiben können.
Lisa Wörner: Und das bewegt sich eben ohne Reibung. Und ohne Reibung geht der Fehler,
Lisa Wörner: den man durch Drift macht, verloren.
Tim Pritlove: Jetzt fragen sich ja schon alle so, okay Raumfahrt und jetzt reden wir über Tunnel und so,
Tim Pritlove: aber es gibt ja auch Orte, wo man so hinfährt, wo es ja noch kein GPS gibt,
Tim Pritlove: wie zum Beispiel auf dem Mond oder so oder auf dem Mars, da könnte man sowas
Tim Pritlove: dann gegebenenfalls vielleicht auch zur Navigation benutzen.
Lisa Wörner: Das ist schön, dass Sie das ansprechen.
Lisa Wörner: Ich bin aufgefordert, am Montag die Antworten auf die Peer Review,
Lisa Wörner: also der wissenschaftliche Prozess funktioniert.
Lisa Wörner: Ich schreibe ein Paper, einen Aufsatz, gebe den an ein Journal,
Lisa Wörner: die geben den an Wissenschaftler, die überprüfen das und schicken mir Fragen
Lisa Wörner: zurück. Das ist das sogenannte Peer Review, also die Überprüfung durch andere Wissenschaftler.
Lisa Wörner: Zu einer Frage, die Mission heißt Marquis, bei der wir das Gravitationsfeld
Lisa Wörner: des Mars mit einer ganz ähnlichen Konstellation wie die Grace-Konstellation untersuchen wollen.
Lisa Wörner: Und natürlich, ja, Navigation auf dem Mond, Navigation auf dem Mars,
Lisa Wörner: aber das ist alles so ein bisschen zu kurz, also es gibt auch noch ganz viel
Lisa Wörner: mehr Quantentechnologie.
Lisa Wörner: Also es gibt im Moment an Bord von JUICE ist ein Quantenmagnetometer.
Lisa Wörner: Das heißt, die können auch da, zieht wieder das Argument der Driftfreiheit,
Lisa Wörner: dieses Quantenmagnetometer muss nicht kalibriert sein und dient als Kalibrationseinheit
Lisa Wörner: für die tatsächlichen Messmagnetometer, um die Genauigkeit zu erhöhen,
Lisa Wörner: um diesen Abgleich eben regelmäßig zu machen, sodass es in der Exploration,
Lisa Wörner: Untertitel der Amara.org-Community,
Lisa Wörner: Auch bereits ganz viele Quantentechnologien gibt, auch über die Navigation hinaus,
Lisa Wörner: sondern auch eben Untersuchung vom Planeten.
Lisa Wörner: Magnetometrie wird viel eingesetzt, um so unter der Oberfläche Ozeane und sowas zu finden.
Lisa Wörner: Gerade bei den Monden der Gasgiganten, wie es so schön heißt.
Tim Pritlove: Genau, Jules ist ja die Jupiter Icy Moons Explorer Mission.
Tim Pritlove: Habe ich übrigens auch eine Sendung zugemacht, Raumzeit 95, als ich neulich
Tim Pritlove: bei der ESA in Madrid war und das startet ja auch bald, also wir haben heute,
Tim Pritlove: nehmen wir gerade auf, am 24.
Tim Pritlove: März und am 13. April soll es dann endlich mal losgehen mit dieser Mission,
Tim Pritlove: wo ich gerade dabei bin. Gotcha habe ich natürlich auch eine Sendung zu gemacht.
Tim Pritlove: Raumzeit 40, da kann man sich nochmal die Vermessung des Gravitationsfelds der
Tim Pritlove: Erde anhören. Hervorragend. Genug geplagt.
Tim Pritlove: Alles gut, aber was Sie jetzt schon sehen ist, dass wir … Aber diese Navigation,
Tim Pritlove: aber das ist ja sozusagen, also okay, also Vermessung, aber es gibt ja sozusagen
Tim Pritlove: auch so Navigationsprobleme.
Tim Pritlove: Also ich erinnere mich bei der Rosetta Mission gab es glaube ich das Problem,
Tim Pritlove: also das ist ja dann sozusagen Navigation im All ist ja dann,
Tim Pritlove: also diese Fernmission funktioniert ja auf Basis von Star Trekern,
Tim Pritlove: da gibt es halt keine GPS Satelliten, aber da gibt es halt viele Sterne und
Tim Pritlove: man kennt das Sternbild ja mittlerweile ziemlich gut.
Tim Pritlove: Das heißt in dem Moment wo man eben mit dem Star Trekker auf die anderen Sterne schaut,
Tim Pritlove: dann gibt es mittlerweile die Technik die halt relativ schnell sagt,
Tim Pritlove: okay alles klar, sieht so und so aus, Pattern Matching und so weiter,
Tim Pritlove: wir sind hier und das kann ja auch die Position verhältnismäßig gut berechnen.
Tim Pritlove: Aber ich glaube, als dann Rosetta in der Koma des Kometen gelandet ist,
Tim Pritlove: also im Nebel sozusagen, da war es dann mit dem Star Trekker nicht mehr so.
Lisa Wörner: Korrekt. Korrekt. Das ist sicherlich auch ein Anwendungsgebiet.
Lisa Wörner: Ist vielleicht nicht ganz so massentauglich, aber absolut.
Lisa Wörner: Das gilt auch nicht nur für solche Missionen, die auf Satelliten landen wollen,
Lisa Wörner: sondern auch beispielsweise für den Mars, auf dem Staub ein echtes Problem ist,
Lisa Wörner: der dann sich eben auch auf dem Star Trekker ablagern kann und dann verliere
Lisa Wörner: ich damit auch die Genauigkeit.
Lisa Wörner: Also von daher, da gibt es ganz, ganz, ganz, ganz viele Anwendungen der Navigation
Lisa Wörner: in der Exploration oder auf der Erde oder ja, wo auch immer.
Lisa Wörner: Bei denen wir mit Quantentechnologien helfen können. Und wo sie das gerade angesprochen
Lisa Wörner: haben, sie haben jetzt irgendwie drei oder vier von ihren alten Podcasts,
Lisa Wörner: konnten wir irgendwie im Beitrag oder im Beitrag jetzt hier ansprechen.
Lisa Wörner: Ist ganz klar, was man dabei sieht, ist, dass die Quantentechnologien eben wirklich
Lisa Wörner: in ganz vielen verschiedenen Bereichen eingreifen können und mit Sensorik bei
Lisa Wörner: ganz vielen verschiedenen Themen auch angreifen können und Beiträge einfach leisten können.
Tim Pritlove: Wenn man sich jetzt mal so vorstellt, nur mal so als Gedankenexperiment und ich weiß,
Tim Pritlove: mit der Quantifizierung ist
Tim Pritlove: das gerade bei den Quanten immer so eine Sache, aber nehmen wir mal an,
Tim Pritlove: man hätte jetzt sozusagen einen driftfreien Inertialsensor jetzt mit,
Tim Pritlove: Hat ja so seinen Bose Einstein Kondensat und
Tim Pritlove: so hält da ein Laser rein und weiß so okay alles klar das macht jetzt das und
Tim Pritlove: das und jetzt würde ich irgendwie eine Rakete starten und würde dann ab einem
Tim Pritlove: bestimmten Zeitpunkt parallel zu einem Star Trekker quasi nur über diesen Beschleunigungssensor,
Tim Pritlove: der letzten Endes ist, versuchen meine Position zu berechnen.
Tim Pritlove: Könnte man davon ausgehen, dass das dann ähnlich genau,
Tim Pritlove: genauso genau, vielleicht sogar noch genauer ist als andere Methoden,
Tim Pritlove: also dass man wirklich auch über einen längeren Zeitraum im Raumflug dann wirklich
Tim Pritlove: die Position so mithalten könnte, rechnen könnte?
Lisa Wörner: Also es gibt natürlich so ein paar Realitätsabstriche, die man machen muss.
Tim Pritlove: Was? Wirklich?
Lisa Wörner: Ja, ist furchtbar. Aber prinzipiell ist das genau die Idee.
Lisa Wörner: Also es ist tatsächlich, da man eben halt die Driftfreiheit gewinnt,
Lisa Wörner: gibt es keinen Grund, warum dieser Sensor daneben gehen sollte.
Lisa Wörner: Man muss da ein bisschen über Repetitionsraten reden und über Implementierung
Lisa Wörner: und über Sensitivität des Sensors, der dann mit der Größe koppelt.
Lisa Wörner: Also je kleiner das System, desto weniger sensitiv. ganz typisches Problem.
Lisa Wörner: Wie gesagt, das sind so äußere Probleme, so Vorrandbedingungsprobleme,
Lisa Wörner: über die man sich dann kümmern muss.
Lisa Wörner: Gedanken machen muss, die dann sehr anwendungsspezifisch sind,
Lisa Wörner: aber prinzipiell gibt es keinen Grund, warum das nicht einen Star Trekker ablösen
Lisa Wörner: könnte, außer den Swap Budgets, also Size, Weight und Power.
Lisa Wörner: Da ist der Star Trekker sicherlich überlegen, wenn ich also eine Mission habe,
Lisa Wörner: in der ich wirklich weiß, ich fliege, ich weiß nicht, zum Uranus oder zu Neptun
Lisa Wörner: oder sowas und das ist wirklich ganz kritisch und ich weiß auch,
Lisa Wörner: ich habe keinen Staub in der Nähe.
Lisa Wörner: Da ist wahrscheinlich ein Quantensensor, also ein Quanteninertialsensor einfach ein Tacken too much.
Lisa Wörner: Auf so einer Mission allerdings ein Quantenmagnetometer mitzufliegen ist sicherlich sinnvoll.
Tim Pritlove: Jetzt gibt's noch so einen Bereich der ganzen Quantentechnologie,
Tim Pritlove: der ist mir auch selber so ein bisschen, also mir ist hier sowieso das meiste wirklich ein Rätsel,
Tim Pritlove: aber das ist nochmal so ein spezielles Rätsel und das ist dieses Ding mit dieser Verschränkung,
Tim Pritlove: vielleicht können wir da nochmal kurz drauf kommen und das spielt ja dann auch
Tim Pritlove: eine große Rolle in so Technologie-Bereichen wie Verschlüsselung oder auch der,
Tim Pritlove: ja, Kommunikation, beschäftigt man sich hier damit oder was hat es da generell mit auf sich?
Lisa Wörner: Also hab ich einen schlechten Job gemacht, wenn das immer noch alles so magisch wirkt.
Tim Pritlove: Aber Verschränkung haben wir jetzt noch gar nicht geredet, weil das ist ja irgendwie
Tim Pritlove: so dieses merkwürdige Eigenschaft, dass Dinge an mehreren Orten sein können.
Lisa Wörner: Das ist so ähnlich, aber das ist, ach ja, genau.
Tim Pritlove: Dröseln wir das doch mal kurz auf.
Lisa Wörner: Also zunächst mal beschäftigen wir uns damit. Sie haben vorhin die verschiedenen
Lisa Wörner: Abteilungen des Instituts vorgelesen. Da gibt es eine, die nennt sich Quantenkommunikation
Lisa Wörner: und Information, Information und Kommunikation, andersrum.
Lisa Wörner: Wir sind sehr überrascht, wenn wir jetzt feststellen, dass diese Abteilung sich
Lisa Wörner: vor allen Dingen mit Verschränkungen beschäftigt.
Lisa Wörner: Es gibt auch andere Themen bei der Verschränkung, wieder in Hannover,
Lisa Wörner: die da auch versuchen dann zum Beispiel die Atominterferometrie damit zu verbessern
Lisa Wörner: und so, aber lassen wir das mal außen vor. Was bedeutet Verschränkung?
Lisa Wörner: Verschränkung ist ein ganz typisches quantenmechanisches Phänomen,
Lisa Wörner: was wieder an sich darauf zurückgeht, dass wir vieles über Wahrscheinlichkeiten
Lisa Wörner: beschreiben und eben nicht über Tatsachen.
Lisa Wörner: Stellen Sie sich vor, ich habe eine Box und die Farbe der Box ist definiert
Lisa Wörner: durch die Dinge, die ich reinlege.
Lisa Wörner: Wenn ich eine rote und eine blaue Kugel reinlege, ist die Box lila.
Lisa Wörner: Jetzt mache ich die Box zu. Die Box ist lila. Und die Information,
Lisa Wörner: die ich jetzt von außen habe, ist, dass die Gesamtfarbe ist lila.
Lisa Wörner: Und das Wichtige dabei ist, ich habe die da nicht wirklich reingelegt,
Lisa Wörner: sondern die sind da einfach drin. Und das, was ich weiß, ist,
Lisa Wörner: dass eine der Kugeln rot sein muss und die andere muss blau sein,
Lisa Wörner: wenn das von außen lila ist.
Tim Pritlove: Und dass es wirklich zwei Kugeln sind.
Lisa Wörner: Und dass es wirklich zwei Kugeln sind. Und ich weiß, dass es zwei Kugeln sind.
Lisa Wörner: Wie wir da hinkommen erkläre ich gleich noch. Aber ich weiß,
Lisa Wörner: dass es zwei Kugeln sind und ich weiß, dass eine von den Kugeln rot sein muss
Lisa Wörner: und die andere muss blau sein, wenn das System von außen lila ist.
Lisa Wörner: Was ich nicht weiß und wenn ich sage was ich nicht weiß, dann heißt das,
Lisa Wörner: was quantenmechanisch unbestimmt ist, ist die Farbe der tatsächlichen Kugeln.
Lisa Wörner: Also die Kugel 1 hat 50% Wahrscheinlichkeit rot zu sein und 50% Wahrscheinlichkeit
Lisa Wörner: blau zu sein. Und genauso hat die Kugel 2 50% Wahrscheinlichkeit blau zu sein
Lisa Wörner: und 50% Wahrscheinlichkeit rot zu sein.
Tim Pritlove: Also man weiß, eine ist rot, eine ist blau, aber man weiß nicht welche.
Lisa Wörner: Ja es geht sogar weiter. Die sind nicht rot oder blau. Ich weiß nicht nur nicht welche.
Lisa Wörner: Die haben beide 50% Wahrscheinlichkeit in den beiden Zuständen zu sein.
Lisa Wörner: Also die eine hat 50% Wahrscheinlichkeit rot oder blau zu sein,
Lisa Wörner: die andere hat 50% Wahrscheinlichkeit rot oder blau zu sein.
Lisa Wörner: Solange ich nicht reinschaue, habe ich keine Chance.
Lisa Wörner: Das ist im Prinzip diese Idee von Schrödingers Katze, die ja dann noch ein bisschen weiter nachgeht.
Tim Pritlove: Ob die Katze tot ist oder nicht.
Lisa Wörner: Ja das ist ja dann ob das Element zerfallen ist oder nicht eigentlich.
Lisa Wörner: Dass dann den Hammer auslöst, der das Gift und dadurch die Katze stirbt.
Lisa Wörner: Das ist ja das Experiment.
Tim Pritlove: Konnte sich keiner merken.
Lisa Wörner: Lieber die Katze tot oder lebendig. Richtig. Und das ist hier ganz wichtig.
Lisa Wörner: Das heißt allgemein bedeutet Verschränkung. Ich kenne den Gesamtzustand,
Lisa Wörner: aber ich kenne die Einzelkonstituenten nicht. Ich kenne den Zustand der Einzelkonstituenten nicht.
Lisa Wörner: Und in der Verschlüsselung macht man das so, dass man vorne ein Photon reinschickt
Lisa Wörner: und dann nimmt man ein Kristall.
Lisa Wörner: Dieser Kristall produziert mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit horizontal
Lisa Wörner: polarisierte Photonen, Sie kennen das vielleicht aus dem Kino,
Lisa Wörner: wenn Sie mal in so ein IMAX gegangen sind, das 3D Ding.
Lisa Wörner: Da bekommt man so eine Brille und das eine Glas ist vertikal polarisiert und
Lisa Wörner: das andere horizontal polarisiert.
Lisa Wörner: Was da drin ist, ist im Prinzip nur so eine Plastikfolie, die Streifen in horizontaler
Lisa Wörner: oder in vertikaler Richtung hat und da nur entsprechendes Licht durchlässt.
Lisa Wörner: Und wenn ich die jetzt übereinander lege und 90 Grad aufeinander drehe,
Lisa Wörner: dann kommt da nichts mehr durch. Das können Sie mal ausprobieren,
Lisa Wörner: wenn Sie das nächste Mal so ein 3D-Kino anschauen, dann kommt da auf einmal kein Licht mehr durch.
Lisa Wörner: Das nennen wir, damit ist das eines horizontal polarisiert, wenn ich das durch
Lisa Wörner: das vertikal polarisierte Licht durchgehen lasse, dann kommt eben kein Licht mehr durch.
Lisa Wörner: Das ist im Prinzip die Idee von Polarisation. Das gleiche machen wir hier.
Lisa Wörner: Wir schicken ein unpolarisiertes Photon rein.
Lisa Wörner: Und hinten kommen zwei raus und wir wissen, dass es insgesamt unpolarisiert sein muss.
Lisa Wörner: Und das heißt, die beiden haben jeweils 50 Prozent Wahrscheinlichkeit,
Lisa Wörner: vertikal oder horizontal polarisiert zu sein.
Lisa Wörner: Das ist ein Gesamtzustand. Jetzt kann ich an zwei Stellen messen.
Lisa Wörner: Ich nehme diese beiden Photon, messe sie irgendwann und stelle einen horizontalen
Lisa Wörner: Polarisationsfilter rein und dann messe ich dahinter, ob ich das Photon gemessen habe oder nicht.
Lisa Wörner: Wenn ich es messe, war es horizontal polarisiert, wenn es nicht messe,
Lisa Wörner: war es vertikal polarisiert. Und gleichzeitig muss das auf der anderen Seite,
Lisa Wörner: wenn ich es hier horizontal messe, muss es dort vertikal sein und dann war es rum.
Lisa Wörner: Jetzt kann ich das messen und ich erzähle es mir nicht und dann kann ich damit
Lisa Wörner: im Prinzip einen Schlüssel generieren.
Lisa Wörner: Weil ich ja immer weiß, was der andere gemessen haben muss.
Tim Pritlove: Weil man von der einen Messung auf die andere schließen kann.
Lisa Wörner: Weil ich von der einen Messung auf die andere schließen kann.
Lisa Wörner: Wichtig ist dabei, dass dieser Zustand existiert über die beiden Photonen in
Lisa Wörner: diesem Fall oder über die beiden Kugeln vom Anfang.
Lisa Wörner: Der existiert, bis ich die Schachtel aufmache, bis ich messe.
Lisa Wörner: Und es gibt jetzt viele, viele Experimente, die versucht haben herauszufinden,
Lisa Wörner: ob dieser sogenannte verschränkte Zustand, ob der irgendwann eine Grenze hat.
Lisa Wörner: Also wie weit kann ich diese beiden Photonen voneinander entfernen und auf einmal
Lisa Wörner: kollabiert dieser Zustand zu früh, bevor ich ihn messe. Gibt es irgendwie eine
Lisa Wörner: Entfernung, über die das funktioniert?
Lisa Wörner: Das ist lustigerweise eine andere Gruppe in Wien. Wien ist ein ganz heißes Pflaster
Lisa Wörner: für Quantenphysik und auch für Quantentechnologien.
Lisa Wörner: Die haben sich das angeschaut. Die armen Doktoranden mussten nach Teneriffa, glaube ich.
Lisa Wörner: Die armen Doktoranden. Die haben mir wirklich leid getan. Weil da die Luft schön
Lisa Wörner: dünn ist oder schön gleichmäßig und man dann zwischen den Inseln auch viel Platz
Lisa Wörner: hat, um diese Experimente zu durchzuführen.
Lisa Wörner: Hat das dann zwischen den Inseln gemacht. Dann bekannt geworden ist das Mithios
Lisa Wörner: Experiment von den Chinesen gemeinsam mit den Österreichern am Ende des Tages.
Lisa Wörner: Die haben den Satelliten gebaut und haben dieses verschränkte Photon vom Satelliten
Lisa Wörner: auf den Boden geschickt.
Lisa Wörner: Einen nach Österreich und einen, ich meine nach Gengzhou in China.
Lisa Wörner: Und haben sich angeschaut, ob das eben auch funktioniert und konnten damit nachweisen,
Lisa Wörner: dass diese Verschränkung über 7400 Kilometer...
Tim Pritlove: Wie haben die denn ein Photon von Österreich nach Japan geschickt?
Lisa Wörner: Nach China.
Tim Pritlove: Nach China.
Lisa Wörner: Die haben im Prinzip auf dem Satelliten die beiden Photonen entscheucht.
Tim Pritlove: Achso von einem Satelliten.
Lisa Wörner: Der METIUS Satelliten.
Tim Pritlove: Ja, ja ich dachte schon. Ich hätte das nicht mitbekommen mit der Erdkrümmung.
Lisa Wörner: Genau. Okay. Und die haben damit gezeigt, dass das eben...
Lisa Wörner: Über sehr sehr sehr sehr große Entfernungen funktioniert, sodass wir diesen
Lisa Wörner: Effekt jetzt eben auch ausnutzen können.
Lisa Wörner: Das eine ist die Grundlagenforschung daran, die sogenannten Bell-Tests,
Lisa Wörner: benannt nach Herrn Bell, der so der erste war, der ein Experiment vorgeschlagen
Lisa Wörner: hat, um diese Verschränkung zu testen.
Lisa Wörner: Die Verschränkung, die hat Einstein spooky interaction at a distance genannt,
Lisa Wörner: also geisterhafte Fernwechselwirkung, weil das ja dann, das ist ja das, was es erscheint.
Lisa Wörner: Ich messe hier und da passiert auf einmal was und ich kann das irgendwie über
Lisa Wörner: mehrere tausend Kilometer tun und bekomme immer noch, erhalte immer noch diesen Zustand und diese.
Tim Pritlove: Ich frage mich gerade, wie kann man denn überhaupt über tausende Kilometer diese
Tim Pritlove: Photonen durch die Gegend schicken und dann noch genau dieses eine Photon messen?
Tim Pritlove: Aber woher weiß man denn, dass das genau das war?
Lisa Wörner: Das ist schon eine Herausforderung, zumal wir auch, da gehen ja auch Verlustraten dann mit ein.
Lisa Wörner: Also es kommt auch nicht jedes Photon an, was ich aussende und so.
Lisa Wörner: Und ich muss auch einzelne Photonen messen. Das ist nicht so trivial,
Lisa Wörner: aber es ist möglich. Es ist wirklich möglich.
Lisa Wörner: Auf jeden Fall war Einstein derjenige, der damals gesagt hat,
Lisa Wörner: das glaubt er nicht, da kommt das, Gott würfelt nicht her.
Lisa Wörner: Und hat an sogenannte verborgene Variablen geglaubt oder postuliert,
Lisa Wörner: glauben ist vielleicht in dem Kontext nicht das richtige Verb,
Lisa Wörner: sondern hat dann verborgene Variablen postuliert,
Lisa Wörner: die eben für uns unsichtbar, aber diese Zustände definieren,
Lisa Wörner: sodass die zwar von außen so aussehen, als wären die Zustände nicht definiert
Lisa Wörner: auf den Teilchen, aber dass sie eine verborgene Variable haben,
Lisa Wörner: an der das tatsächlich definiert wurde. Und das ist dann mit Bell-Tests.
Lisa Wörner: Möglichst Long Range Bell Test, also über feite Distanzen testet man eben genau
Lisa Wörner: diese Hidden Variables, diese verborgenen Variablen und bisher müssen wir feststellen,
Lisa Wörner: die Quantenmechanik ist gültig.
Tim Pritlove: Aber welche konkreten Auswirkungen auf Technologie hat das jetzt?
Tim Pritlove: Wie kann man das zur Anwendung bringen? Wie wird das schon zur Anwendung gebracht
Tim Pritlove: und was ist hier so die Vorstellung davon, was sich daraus an Technologie ableiten lässt?
Lisa Wörner: Ja also die ganz klare Situation dabei ist Schlüssel zu erzeugen.
Lisa Wörner: Ich kann zwischen den beiden Empfängern einen quantensicheren Schlüssel erzeugen.
Lisa Wörner: Der hat verschiedene Vorteile. Zunächst mal ist der echt zufällig,
Lisa Wörner: wenn ich die Quantenmechanik drunter lege.
Tim Pritlove: Wir reden von Schlüsseln für kryptographische Verfahren und da ist ja immer
Tim Pritlove: dieser Schlüsselaustausch,
Tim Pritlove: ist ja im Prinzip so das eigentliche Problem, weil wenn beide Seiten miteinander
Tim Pritlove: kommunizieren wollen über eine Verschlüsselung, dann läuft diese Verschlüsselung
Tim Pritlove: ja eben über einen Schlüssel, hence the name.
Tim Pritlove: Das heißt man hat quasi ein Parameter für diese ganzen mathematischen Berechnungen,
Tim Pritlove: der dann auf beiden Seiten in der Lage versetzt, sowohl Informationen zu ver-
Tim Pritlove: als auch wieder zu entschlüsseln.
Tim Pritlove: Aber man muss ja dazu darüber einen Austausch machen und wenn man diesen Austausch
Tim Pritlove: sozusagen über diese Methodik quasi schon weltumspannend erzeugen kann,
Tim Pritlove: dann gibt es sozusagen keinen abhörbaren Bereich dazwischen.
Lisa Wörner: Ja, also die große Herausforderung dabei ist ja, dass ich ihnen meinen Schlüssel geben muss, irgendwie.
Lisa Wörner: Ich muss den Schlüssel irgendwie austauschen. Wenn das abgehört wird,
Lisa Wörner: dann habe ich den Schlüssel in der Hand von dem Dritten, der dann alle meine
Lisa Wörner: Nachrichten überprüfen kann. Der die Sachen selber entschlüsseln kann.
Lisa Wörner: Das heißt zum einen den Austausch von dem Schlüssel sicher zu machen und zum
Lisa Wörner: anderen einen sicheren Schlüssel zu generieren.
Lisa Wörner: Sie kennen unterschiedliche Schlüsselsicherheiten auch aus dem privaten Bereich.
Lisa Wörner: Meine WhatsApp-Verschlüsselung, wenn sie denn überhaupt existiert,
Lisa Wörner: ist sicherlich eher weniger sicher. Die, die meine Bank benutzt,
Lisa Wörner: um Daten zu übermitteln, ist hoffentlich etwas besser.
Lisa Wörner: Und das hat ein bisschen was damit zu tun, welcher Schlüssel da zugrunde liegt,
Lisa Wörner: wie dieser Schlüssel generiert wird und wie lang er ist.
Lisa Wörner: Bisher sind wir auch da stark darauf angewiesen, dass diese Schlüssel,
Lisa Wörner: die idealerweise zufällig sind,
Lisa Wörner: Die werden von dem Computer erzeugt. Die sind also nur so zufällig,
Lisa Wörner: wie der klassische Computer zufällig ist.
Lisa Wörner: Und das ist nicht besonders zufällig, sodass die Quantenmechanik uns hier zwei
Lisa Wörner: Vorteile bringen kann. Das eine ist die tatsächliche Zufälligkeit des Schlüssels
Lisa Wörner: und auf der anderen Seite die Nichtabhörbarkeit der Schlüsselerzeugung.
Lisa Wörner: Sodass eben halt wirklich diese beiden Parteien den Schlüssel haben am Ende des Tages und ich nicht,
Lisa Wörner: oder ich diesen Schlüssel nicht mehr klassisch übermitteln muss,
Lisa Wörner: sondern ich habe diesen Schlüssel bei den beiden Parteien erzeugt,
Lisa Wörner: die dann ihre Nachrichten verschlüsseln und dem anderen schicken und der andere
Lisa Wörner: kann das entschlüsseln.
Tim Pritlove: Und das heißt jetzt schon Technologie, wir hatten ja darüber gesprochen,
Tim Pritlove: Sinn dieses Instituts ist Grundlagenforschung aufzugreifen und sozusagen wirklich
Tim Pritlove: mindestens Modelle zu entwerfen, vielleicht Patentenverfahren etc.
Tim Pritlove: Oder eben auch konkrete technologische Ansätze, um das in irgendeiner Form real
Tim Pritlove: anwendbar zu machen. Ist man da in diesem Bereich schon so weit oder bewegt
Tim Pritlove: sich das nicht noch sehr im theoretischen Grundlagen?
Lisa Wörner: Also theoretisch bewegt sich das alles nicht mehr.
Lisa Wörner: Die Systeme, wir wissen, dass es geht, wir haben es experimentell getestet,
Lisa Wörner: wir haben die Experimente zur Verfügung.
Lisa Wörner: Das bewegt sich im Moment noch alles auf einem relativ geringen Level,
Lisa Wörner: was Industrialisierung angeht.
Lisa Wörner: Die Systeme werden tatsächlich auf Satelliten betrieben, wir wissen, wie es geht.
Lisa Wörner: Und wir forschen natürlich auch immer noch an der Verbesserung von den Quellen
Lisa Wörner: und von den Detektionssystemen, das ist im Moment alles noch sehr balky und
Lisa Wörner: sehr groß, aber prinzipiell ist das durchaus schon angewendet.
Lisa Wörner: Und wenn wir uns JUICE anschauen, ich weiß, das ist jetzt nicht mehr die Verschränkung,
Lisa Wörner: aber ich würde sagen, wenn ich ein System auf einer der großen ESA-Missionen,
Lisa Wörner: auf einer der großen Raumfahrtmissionen mit draufbringe, dann ist das kein...
Lisa Wörner: Kein Experimentieren mehr an dem System, sondern tatsächlich dann ist das ein
Lisa Wörner: Sensorsystem, den ich nutze, um neue Dinge zu erforschen. Also von daher ist da durchaus auch was da.
Lisa Wörner: Jetzt haben wir lange über die Verschränkung gesprochen. Die Verschränkung ist
Lisa Wörner: auch das, was unter dem Quantencomputing drunter liegt, sodass wir uns auch
Lisa Wörner: hier in die Anwendung im Moment bewegen.
Lisa Wörner: Also das heißt auch, das Quantencomputing ist ja durchaus etwas,
Lisa Wörner: was auch schon genutzt wird und auch von industriellen Partnern schon genutzt wird.
Lisa Wörner: Oder auch von Industrie bereits hergestellt wird.
Tim Pritlove: Haben wir denn jetzt schon alles tangiert, mit dem sich dieses Institut so auseinandersetzt?
Lisa Wörner: So im Groben schon. Ich kann jetzt natürlich noch irgendwie drei Stunden weiter
Lisa Wörner: reden, welche anderen Anwendungen es noch gibt.
Lisa Wörner: Wichtig ist mir noch anzumerken, dass wir diese Systeme natürlich auch für verschiedene
Lisa Wörner: Anwendungsbereiche einsetzen wollen und ein wichtiger Anwendungsbereich dabei
Lisa Wörner: ist für mich auch der Klimaschutz.
Lisa Wörner: Also die großen Herausforderungen unserer Zeit damit anzugehen und auch im Klimaschutz
Lisa Wörner: dann zu schauen, wie wir Quantentechnologien einsetzen können.
Lisa Wörner: Na das eine ist die ganze Erdbeobachtungsschiene, die wir jetzt ja auch schon besprochen haben.
Lisa Wörner: Eben anzuschauen wie der Planet sich verändert dadurch, dass wir da sind.
Lisa Wörner: Wie die Goldkappen abschmelzen und Leute solche Dinge. Andere Dinge sind auch
Lisa Wörner: über verbesserte Navigationssystemen, Routen zu verbessern und Autos oder insgesamt
Lisa Wörner: Fahrzeuge schneller von der Straße zu bringen.
Lisa Wörner: Von A nach B und dann nicht irgendwie noch drei Schleifen zu fahren,
Lisa Wörner: bevor man dann da hinkommt.
Lisa Wörner: Solche Themen fallen da auch mit runter. Also ganz viel von dem,
Lisa Wörner: was wir heute schon besprochen haben.
Lisa Wörner: Die Überwachung des Erdmagnetfeldes, das sich ja auch dauernd wandelt und dauernd verändert,
Lisa Wörner: dass es nicht so sehr in diesem Climate-Change-Thema mit drin ist,
Lisa Wörner: aber sicherlich auch ein Thema, was die Umweltbeobachtung, die Erdbeobachtung,
Lisa Wörner: die Beeinflussung des Klimas angeht.
Lisa Wörner: Ohne Menschen gemacht zu sein. Genau, lauter solche Themen. Wie können wir Quantentechnologien
Lisa Wörner: eben als Querschnittsthema hier auch einbringen, um bei Klimaforschung zu helfen,
Lisa Wörner: um bessere Klimamodelle zu entwickeln, um mehr Daten zu generieren.
Tim Pritlove: Wie entwickelt sich denn so das Interesse an dem Thema Jenseits,
Tim Pritlove: also sozusagen in der Außenperspektive eingenommen,
Tim Pritlove: weil ich meine es gibt ja viele Bereiche, wo so an allem möglichen interessanten
Tim Pritlove: Zeug geforscht wird und wenn man mal reinfragt, sagst du, um wofür kann man
Tim Pritlove: das benutzen, also Weltrevolution, es ändert alles und so weiter,
Tim Pritlove: also kann ja jeder sagen, sag ich mal so, ne?
Tim Pritlove: Ist sozusagen Quantentechnologie jetzt mehr auf dem Radar als noch zuletzt,
Tim Pritlove: vorhin kurz gesagt, eine gute Zeit, um jetzt mit diesem Institut anzufangen?
Tim Pritlove: Warum ist das so? Hat sich irgendwas an der Wahrnehmung geändert oder gibt es
Tim Pritlove: die technologischen Durchbrüche oder ist alles andere gerade so am Ende,
Tim Pritlove: dass man da nicht mehr weiterkommt?
Tim Pritlove: Was macht das sozusagen aus?
Lisa Wörner: Nee, ich glaube es ist tatsächlich so, dass wir gerade mit diesen großen Missionen,
Lisa Wörner: die wir jetzt ja auch angesprochen haben, mit Beka und Compasso,
Lisa Wörner: wirklich dahin kommen, dass wir die Technologie entwickeln können.
Lisa Wörner: Und wir sind nicht die einzigen.
Lisa Wörner: Also das ist ein weltweiter Trend, der viel Technologieentwicklung im Moment
Lisa Wörner: vorantreibt und wir sehen das in ganz vielen Bereichen,
Lisa Wörner: dass das mehr und mehr auch auf Interesse stößt und die Systeme eben auch genau
Lisa Wörner: wegen der Vorteile, die sie bieten, mehr und mehr eingesetzt werden.
Lisa Wörner: Ich meine natürlich gehe ich davon aus, dass wir die Welt retten.
Lisa Wörner: Das ist mein, das ließ ich glaube ich auch.
Lisa Wörner: Ich glaube, ich wäre ein schlechter kommissarischer Institutsleiter,
Lisa Wörner: wenn ich das nicht glauben würde. Von daher, ja.
Tim Pritlove: Super, dann bleibt mir erstmal nichts weiteres als Danke zu sagen für die Ausführung.
Tim Pritlove: Die Technologie war sehr interessant
Tim Pritlove: und hat neue Einblicke geliefert und interessante Perspektiven,
Tim Pritlove: wie sich ja auch so die Raumfahrt dort verändern kann,
Tim Pritlove: weil gerade so im Bereich Kommunikation und auch so Fernkommunikation,
Tim Pritlove: also Missionen die weit raus gehen, Uranus und Neptun klangen an.
Tim Pritlove: Ich glaube es wird tatsächlich drüber nachgedacht bei der NASA dann doch vielleicht
Tim Pritlove: mal wirklich dort auch mal hinzufliegen und demnächst mal eine Mission zu formulieren.
Tim Pritlove: Ich fände das ja mal ganz gut, weil da ist ja seit Voyager nicht viel passiert.
Tim Pritlove: Und die ganzen Missionen haben immer das Problem, viele Daten werden eingesammelt,
Tim Pritlove: die müssen auch irgendwie alle wieder nach Hause telefonieren und da gibt es
Tim Pritlove: noch einiges zu verbessern.
Lisa Wörner: Genau, auf jeden Fall.
Tim Pritlove: Und Navigation im Nebel und im Tunnel natürlich ganz wichtig.
Lisa Wörner: Navigation, Erdbeobachtung, Inertialsensorik, Kommunikation,
Lisa Wörner: Magnetfeldsensorik, Computing, ist nicht so stark angeklungen heute,
Lisa Wörner: aber ja. Es gibt ganz, ganz viele Bereiche, in denen wir unterstützen können.
Lisa Wörner: Vielen herzlichen Dank.
Tim Pritlove: Ja, ich hab zu danken und vielen Dank auch fürs Zuhören hier bei Raumzeit.
Tim Pritlove: Bald geht's wieder weiter, tschüss und bis bald!