Research

Forschungsschwerpunkte: Quantenphysik, Quantencomputing, Nanosysteme, Majorana-Fermion, Qubits, Elektronenspin

Daniel Loss ist ein schweizerischer Physiker. Er erforscht Quantenphänomene in magnetischen und elektronischen Nanosystemen. Ein weiterer Schwerpunkt seiner Arbeit ist Quantencomputing. Mit seinem Team hat er ein Konzept für einen spinbasierten Quantencomputer erarbeitet.

Mit der physikalischen Theorie der Quantenmechanik wird Materie und deren Verhalten beschrieben. Dabei werden keine genauen Einzelbetrachtungen gemacht, sondern statistische Aussagen über eine große Zahl von Teilchen. Die Gesetze der Quantenmechanik will das Quantencomputing für eine neue Informationstechnologie nutzen. Ziel ist die Entwicklung eines Quantencomputers. Ein Quantencomputer würde erheblich schneller rechnen können als heutige Rechnersysteme: Er könnte in einer Stunde berechnen, wofür heutige Computer 15 Milliarden Jahre brauchen. Suchvorgänge in Datenbanken würden extrem beschleunigt, ein solcher Computer könnte aber auch weit verbreitete Codes knacken.

Quantencomputer existieren derzeit allerdings überwiegend als theoretisches Konzept. Einige dieser Konzepte wurden zwar in kleinem Maßstab in Labors erprobt, es existiert jedoch noch kein Quantencomputer, der praktisch einsetzbar wäre.

Loss und sein Team haben ein Konzept für einen Quantencomputer vorgelegt, der auf Elektronenspins in Quantenbits (Qubits) und Quantenpunkten (künstlichen Atomen) basiert. Ein Qubit kann nicht nur den Zustand Null oder Eins, sondern auch beide gleichzeitig annehmen. Es kann aber auch alle Überlagerungen dieser Zustände annehmen und mit anderen Qubits verschränkt sein. Durch diese Überlagerungen können Qubits mehrere Rechnungen parallel ausführen. Die überlagerten Zustände sind jedoch sehr instabil. Sie werden zerstört, sobald ein Qubit mit seiner Umgebung in Berührung kommt. Die Elektronen werden deshalb durch ein starkes Magnetfeld in den Quantenpunkten wie in einem winzigen Gefängnis gehalten und mit Laserpulsen ausgerichtet. Dies muss mit extremer Geschwindigkeit ablaufen, da ein Qubit in einem Quantenpunkt nur etwa eine Millionstel Sekunde vorliegt. Ziel der Forschung ist es, diese Wechselwirkung mit der Umgebung besser zu verstehen, um möglichst gut abgeschirmte und langlebige Qubits zu produzieren.

In weiteren Forschungsarbeiten beschäftigt sich Daniel Loss unter anderem mit magnetischen Molekülen, Nanomagnetismus, Kernspins und dem Majorana-Fermion, einem Teilchen, das Materie und Antimaterie zugleich ist.

Werdegang

• 2020-2032 Co-Direktor, National Center of Competence in Research (NCCR) SPIN, Universität Basel und IBM Research – Zürich, Schweiz
• 2008-2010 Leiter der Abteilung für Physik, Universität Basel, Schweiz
• seit 2006 Co-Direktor, National Center of Competence in Research (NCCR) in Nanoscale Science, Universität Basel, Schweiz
• seit 2005 Direktor, Basel Center for Quantum Computing and Quantum Coherence (QC2), Universität Basel, Schweiz
• seit 1996 Professor für Theoretische Physik, Universität Basel, Schweiz
• 1998-1999 Leiter, Abteilung für Physik, Universität Basel, Schweiz
• 1995-1996 Associate Professor für Physik, Simon Fraser University, Vancouver, Kanada
• 1993-1995 Assistant Professor für Physik, Simon Fraser University, Vancouver, Kanada
• 1991-1993 Research Scientist, Thomas J. Watson Research Center, IBM Research, Yorktown Heights, News York, USA
• 1989-1991 Postdoctoral Research Fellow bei Prof. A. J. Leggett (Nobelpreisträger 2003), University of Illinois at Urbana-Champaign, USA
• 1985-1989 Postdoctoral Research Associate, Universität Zürich, Schweiz
• 1985 Promotion
• 1983-1985 Ph. D. Student und Assistent, Universität Zürich, Schweiz
• 1983 Diplom
• 1979-1983 Studium der Theoretischen Physik, Universität Zürich, Schweiz
• 1977-1979 Studium der Medizin, Universität Zürich, Schweiz

Funktionen

• seit 2018 Mitglied, Advisory Board, Center for Quantum Nanoscience (QNS) at Ewha Womans University, Seoul, Südkorea
• seit 2015 Mitglied, Bewerbungsgremium, Advanced Grant, European Research Council (ERC)
• seit 2013 Mitglied, Advisory Board, Nanosystems Initiative Munich (NIM), Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München
• 2011 Mitglied, Bewerbungsgremium, Zukunftskonzept, Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München
• 2005-2008 Mitglied, Editorial Board, „Journal of Nanotechnology (IPO)“
• 2001-2004 Co-Editor, „Europhysics Letters“

Auszeichnungen und Mitgliedschaften

• 2017 King Faisal International Prize in Science, King Faisal Foundation (KFF)
• seit 2014 Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina
• 2014 Blaise Pascal-Preis in Physik, European Academy of Sciences
• seit 2013 Mitglied der European Academy of Sciences
• 2010 Schweizer Wissenschaftspreis Marcel Benoist, Marcel Benoist Stiftung
• seit 2005 Fellow, Institute of Physics, UK
• 2005 Humboldt-Forschungspreis, Alexander von Humboldt-Stiftung
• seit 2000 Fellow der American Physical Society, USA
• 1989-1991 Swiss NSF Fellowship for Advanced Researchers, Schweizerischer Nationalfonds (SNF)