Die physikalischen Gesetze der Quantenwelt widersprechen oft unserer Alltagserfahrung. Wie erklären Sie diese Welt Ihrem Publikum?
Gerd Leuchs: In vielerlei Hinsicht ähneln die Quantenphänomene Erfahrungen aus dem normalen Leben. So geht es viel um die Überlagerung von Wellen unterschiedlicher Frequenzen, die wir zum Beispiel auch bei Wasserwellen erleben. Aber in der Quantenwelt ergibt eine Messung nur eine dieser Frequenzen. Früher hat man das den „Kollaps der Wellenfunktion“ genannt, heute spricht man eher von einer Projektion.
Damit können aber viele Zuhörerinnen und Zuhörer nicht viel anfangen.
Deshalb verwende ich bei öffentlichen Vorträgen augenzwinkernd einen Vergleich, der vielleicht ein bisschen hilft: Sie kennen doch diese Bilder, bei denen das Gehirn hin und her schalten kann – mal sieht man zwei Gesichter, dann eine Vase. Das Bild enthält beide Motive, aber wenn ich hinschaue, reduziere ich es auf eins von beiden.
Was Laien häufig am meisten Kopfschmerzen bereitet, ist die Verschränkung von zwei Teilchen: Auch wenn die weit voneinander entfernt sind, beeinflusst die Messung an einem der Teilchen das zweite.
Da kann ich wieder nur mit einem Vergleich antworten: Wenn ich weiß, dass Sie immer eine rote und eine blaue Socke tragen, und ich sehe eine von denen, dann kann ich die andere vorhersagen. Die Quantenphysik geht jedoch weiter, das ist im Detail schwer zu verstehen – aber letztlich verstehen wir doch auch die Schwerkraft nicht. Wieso ziehen zwei weit entfernte Massen einander an? Wir sind nur mehr daran gewöhnt.
Quantenphänomene sollen zunehmend praktisch eingesetzt werden. Können Sie dafür Beispiele geben?
Es wird viel vom Quantencomputer gesprochen, aber den gibt es bisher nur als Vorstufe. Am weitesten ist man bei den Gravitationswellen – die Laserdetektoren dafür erreichen ihre maximale, fast unvorstellbare Genauigkeit erst auf Quantenbasis und haben schon eine Reihe fantastischer Ergebnisse gebracht.
Sie forschen auch über Quantenkommunikation. Worum geht es dabei?
Quantenkommunikation macht die Verschlüsselung von Daten sicherer. Wenn zwei Menschen mit verschlüsselten Nachrichten kommunizieren, müssen sie irgendwie dafür sorgen, dass sie den gleichen Schlüssel besitzen. Heute basieren die meisten Verfahren darauf, dass es schwer ist, große Zahlen in ihre Faktoren zu zerlegen. Wenn ich aber Quantensignale hin und her schicke, kann ich sofort feststellen, ob jemand das Signal abgefangen hat – weil man in der Quantenphysik keine Messung machen kann, ohne das System zu verändern.
Aber dazu müssen beim Empfänger dieselben Photonen ankommen, die der Sender abgeschickt hat. Geht das über die heute üblichen Glasfaserkabel?
Ja, wenn der Abstand nicht zu groß ist. Sonst braucht man sogenannte Quanten-Repeater, und die gibt es im Glasfasernetz noch nicht.
Sie sind schon fast 20 Jahre Mitglied der Leopoldina. Welche Erinnerungen verbinden Sie mit der Akademie?
Meine Erinnerungen gehen sogar noch weiter zurück. Mitte der 1980er Jahre wurde mein Doktorvater, Herbert Walther, Leopoldina-Mitglied. Die Akademie, damals in der DDR angesiedelt, war eine der wenigen gesamtdeutschen Einrichtungen. Eine Klammer der Wissenschaft über den Eisernen Vorhang hinweg.
Welche Bedeutung hat die Mitgliedschaft in der Leopoldina für Sie?
Wenn ich eine Firma gegründet hätte, dann könnte ich meinen Erfolg mit dem Gewinn messen. In der Wissenschaft misst sich der Erfolg an Zitationen oder Preisen. Und die Mitgliedschaft in der Leopoldina ist eine hohe Auszeichnung. Was ich besonders schätze: Man trifft andere Mitglieder, gestandene Forschende aus ganz verschiedenen Fachbereichen und kann so über den Tellerrand der eigenen Disziplin hinausschauen.
Das Gespräch führte Christoph Droesser