Hohe Auszeichnung für Immanuel Bloch: Pionier der Quantensimulation ausgezeichnet

Professor Immanuel Bloch, Inhaber des Lehrstuhls für Experimentalphysik – Quantenoptik an der LMU sowie Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) teilt sich den Preis mit dem US-amerikanischen Physiker Jun Ye. Die Wolf Foundation würdigt damit die Arbeit der beiden Forscher für die damit verbundenen „bahnbrechenden, breit anwendbaren Fortschritte bei der Kontrolle von Systemen ultrakalter Atome“.

Blochs Forschung ist von einer grundlegenden Herausforderung der modernen Physik geprägt, nämlich das Verhalten komplexer Quantenvielteilchensysteme aus miteinander wechselwirkenden Teilchen zu verstehen. Solche Systeme spielen unter anderem für die Eigenschaften von Festkörpern und neuartigen Quantenmaterialien eine wichtige Rolle. Deren Dynamik ist aber schon bei einer relativ kleinen Teilchenzahl so komplex, dass sie mit klassischen Computern nur eingeschränkt berechnet werden kann.

Bloch und sein Team haben entscheidend dazu beigetragen, mit der sogenannten Quantensimulation einen anderen experimentellen Zugang zu solchen Systemen zu etablieren. Dabei haben die Forschenden ultrakalte Atome in optischen Gittern aus Laserlicht angeordnet. In diesen experimentell erzeugten, künstlichen Quantensystemen lassen sich die Wechselwirkungen zwischen einzelnen Teilchen mit enormer Präzision kontrollieren und beobachten. Die ultrakalten Atome werden so zu Modellsystemen, mit denen sich grundlegende Phänomene der Quantenwelt unter genau definierten Bedingungen untersuchen lassen.

Zu seinen wegweisenden Arbeiten zählt die Beobachtung des Quantenphasenübergangs von einer Supraflüssigkeit zu einem sogenannten Mott-Isolator. Darüber hinaus leistete Bloch Pionierarbeit auf dem Gebiet der Quantengasmikroskopie, untersuchte die Vielteilchenlokalisierung und beobachtete die Entwicklung eines fermionischen Mott-Isolators vom Pseudogap-Metall hin zu einer Fermi-Flüssigkeit.

Mit seinen Arbeiten hat Bloch nach Einschätzung der Wolf Foundation das Paradigma der Quantensimulation entscheidend geprägt. Seine Forschung hat weitreichende Auswirkungen auf die moderne Physik und auf neue Quantentechnologien. Quantensimulatoren ermöglichen es, komplexe Quantensysteme unter kontrollierten Bedingungen nachzubilden und zu untersuchen und damit grundlegende Eigenschaften von Quantenmaterie besser zu verstehen.

„Das war wirklich eine große Überraschung gestern! Ich freue mich sehr über die gemeinsame hohe Auszeichnung mit Jun Ye aus Boulder. Es ist auch eine tolle Anerkennung für alle Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter unserer Teams und den Forschungsstandort München“, so Immanuel Bloch nach der Preisverkündung.

An der LMU arbeitet Bloch an der Schnittstelle von Quantenoptik, Quantensimulation und Quanteninformation. Zudem gehört er als einer von drei Sprechern zu den prägenden Wissenschaftlern des Exzellenzclusters Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST) und ist am Munich Quantum Valley beteiligt.

Der Wolf-Preis wird seit 1978 an herausragende Forschende sowie Kunstschaffende vergeben. In den Naturwissenschaften wird er in den Bereichen Physik, Chemie, Medizin, Mathematik und Landwirtschaft verliehen. Der Preis ist mit 100.000 US-Dollar pro Fachgebiet dotiert.