Gemeinsame Forschergruppe für Quantenrechnen und -simulation

Mit einer neuen Forschergruppe stärken die Freie Universität Berlin und das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) die Zusammenarbeit auf dem Gebiet des Quantenrechnens und der Simulation. Quantenmaterialien haben sehr interessante Eigenschaften, die Forschende nutzen wollen, um Daten deutlich schneller und effizienter zu verarbeiten. An Synchrotronstrahlungsquellen wie BESSY II können sie diese Materialien hervorragend untersuchen. Besonders vielversprechend ist es dabei, im Voraus die Materialeigenschaften mit Quantensimulationen zu berechnen, denn dadurch lassen sich Experimente zielgerichteter durchführen.

„Simulieren, wie hochkomplexe Materialeigenschaften entstehen“

Jens Eisert ist Professor für Physik an der Freien Universität Berlin und leitet die gemeinsame Forschergruppe. Er ist ein international renommierter Experte für Quanten-Vielteilchentheorie, Quanten-Informationstheorie und Quantenoptik.

Wie ist die Zusammenarbeit mit dem HZB zustande gekommen?

Jens Eisert: Unsere Zusammenarbeit entstand aus vielversprechenden und inspirierenden Diskussionen mit Bella Lake, die als Physikerin am Helmholtz-Zentrum Berlin arbeitet. Dabei beschäftigten wir uns mit Fragen über stark korrelierte Systeme im Labor, die mit gängigen Methoden schwer zu lösen waren. Mit der Methode der Tensornetzwerke konnten wir zu diesem Zeitpunkt für ihre Systeme erste Einsichten, aber noch kein umfassendes Bild liefern. Erst nach harter Arbeit konnten wir Methoden entwerfen, die mächtig genug sind, stark korrelierte Systeme abzubilden und zu modellieren. Durch diese Zusammenarbeit haben wir das große Potenzial erkannt, das in einer stärkeren Kooperation liegt.

Welche thematischen Anknüpfungspunkte zwischen Ihrer Forschung und den Themen des HZB sehen Sie noch?

Es gibt eine Vielzahl von Anknüpfungspunkten. Die initialen Diskussionen mit Bella Lake mündeten in ein Forschungsprogramm, aus dem sich viele Möglichkeiten – ja ein geradezu umfassendes Programm der Zusammenarbeit – ergibt. Unter anderem haben Johannes Reuther, Oliver Rader, Boris Naydenov, Annika Bande und weitere Forscher aus dem HZB ihr Interesse an einer Zusammenarbeit bekundet. Schließlich macht es auch aus strategischer Sicht Sinn, eine gebündelte Initiative zu den Quantentechnologien in Berlin aufzubauen.

Gibt es bereits konkrete Projektideen, die Sie im Rahmen der Forschergruppe verwirklichen wollen?

Selbstredend. Es gibt eine Vielzahl von Themen, an denen wir bereits arbeiten bzw. die wir in Kürze angehen wollen. Ganz konkret beschäftigen wir uns damit, wie in Quantenmaterialien aus einfachen Wechselwirkungen hochgradig komplexe Eigenschaften entstehen – und wie diese zu modellieren sind. Weiterhin wollen wir Fragen über realistisches Quantenrechnen und Quantensimulatoren gemeinsam vorantreiben. Wir werden zunächst zwei neue Wissenschaftler einstellen, die sich mit diesen Fragestellungen beschäftigen. Sie werden vor allem an der Freien Universität Berlin arbeiten, aber sehr engen Kontakt mit dem HZB halten. Ich freue mich über diese Kooperation, denn für die theoretische Physik ist die direkte Zusammenarbeit mit Gruppen aus dem HZB, die auch experimentell arbeiten, sehr fruchtbar.