Im Jahr der Quantenforschung gibt es für drei Wissenschaftler dieser Disziplin besondere Ehren: den Nobelpreis für Physik.

Ihr Erkenntnisse lieferten die Grundlage für digitale Technologien: Der Nobelpreis für Physik geht in diesem Jahr - dem Jahr der Quantenforschung - an die Quantenphysiker John Clarke (Großbritannien), Michel Devoret (Frankreich) und John Martinis (USA). Das teilte die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm mit. Ihre Experimente zeigten Quantenphysik in Aktion. 

Die bedeutendste Auszeichnung für Physiker ist in diesem Jahr mit insgesamt elf Millionen Kronen (rund eine Million Euro) dotiert. Sie geht zu gleichen Teilen an die Forscher, die bei ihren Experimenten zusammenarbeiteten.

Preisträger «überwältigt»

«Ich bin völlig überwältigt», sagte Preisträger Clarke, der nach Stockholm zugeschaltet wurde. «Mir wäre nie in den Sinn gekommen, dass dies in irgendeiner Weise die Basis für einen Nobelpreis sein könnte.» Er und seine Kollegen hätten auch niemals gedacht, dass ihre Entdeckungen solch einen Effekt haben würden, beispielsweise als eine Grundlage für die Funktionsweise von Handys.

Olle Eriksson, Vorsitzender des Nobelkomitees für Physik, sagte, es sei wunderbar, die schon hundert Jahre alte Quantenmechanik würdigen zu können, die immer wieder neue Überraschungen bereithalte. «Es ist auch enorm nützlich, da die Quantenmechanik die Grundlage aller digitalen Technologien bildet.»

Transistoren sind Quantentechnologie

Transistoren in Computer-Mikrochips sind dem Komitee zufolge ein Beispiel für Quantentechnologie, die uns umgibt. Der diesjährige Nobelpreis für Physik habe zudem Möglichkeiten für die Entwicklung der nächsten Generation der Quantentechnologie eröffnet, darunter Quantenkryptografie, Quantencomputer und Quantensensoren.

Die Quantenmechanik beschreibt Eigenschaften, die auf einer Skala von Einzelteilchen signifikant sind. Die Vereinten Nationen haben das Jahr der Quantenforschung zur Feier von 100 Jahren Quantenphysik ausgerufen. Nach Angaben der Max-Planck-Gesellschaft läutete 1925 Werner Heisenberg in Göttingen die moderne Quantenphysik ein. Sein Ziel war es demnach, Atome mit einer Theorie zu beschreiben, die nur auf beobachtbaren Größen wie etwa der Helligkeit und Frequenz des Lichts basiert. 

Bizarre Eigenschaften der Quantenwelt greifbar machen

Die diesjährigen Nobelpreisträger zeigten den Juroren zufolge anhand von Experimenten, dass die bizarren Eigenschaften der Quantenwelt in einem handlichen System greifbar gemacht werden können. Ihre Experimente zeigten, dass quantenmechanische Eigenschaften nicht nur auf mikroskopischer, sondern auch auf makroskopischer Ebene demonstriert werden können. 

Durch die Wand: dem Ball unmöglich, für ein Teilchen machbar

Das Nobelkomitee veranschaulicht das Phänomen am Beispiel eines Balls: Ein Ball bestehe aus einer astronomischen Anzahl von Molekülen und zeige keine quantenmechanischen Effekte: «Wir wissen, dass der Ball jedes Mal zurückprallt, wenn er gegen eine Wand geworfen wird.» Ein einzelnes Teilchen dagegen könne in seiner mikroskopischen Welt manchmal direkt durch eine solche Barriere hindurchgehen und auf der anderen Seite erscheinen.

«Dieses quantenmechanische Phänomen wird Tunneleffekt genannt.» Die Experimente der Preisträger hätten gezeigt, dass ein solches Quantentunneln auch auf makroskopischer Ebene mit vielen Teilchen beobachtet werden könne. Dazu schufen sie einen Stromkreis mit zwei Supraleitern - also Komponenten, die Strom ohne elektrischen Widerstand leiten können. Darin verhielten sich alle geladenen Teilchen im Supraleiter im Gleichklang: als wären sie ein einziges Teilchen, das den gesamten Stromkreis ausfüllt.

Der 83 Jahre alte, in Großbritannien geborene Clarke kommt von der US-University of California in Berkeley. Devoret, University of California in Santa Barbara und Yale University, wurde 1953 in Paris geboren, Martinis, ebenfalls University of California in Santa Barbara, ist Jahrgang 1958.

Kaum Frauen unter den Preisträgern

Seit der ersten Preisvergabe im Jahr 1901 sind bislang 226 unterschiedliche Physik-Nobelpreisträger gekürt worden, darunter nur fünf Frauen. Ein Wissenschaftler, der US-Amerikaner John Bardeen, erhielt ihn zweimal.

Am Montag waren die Nobelpreisträger für Medizin verkündet worden. Die Auszeichnung geht in diesem Jahr an die Immunforscher Shimon Sakaguchi (Japan), Mary Brunkow und Fred Ramsdell (beide USA). Ihre Erkenntnisse lieferten dem Nobelkomitee zufolge die Basis für die Entwicklung möglicher neuer Behandlungsmethoden etwa gegen Krebs und Autoimmunkrankheiten. 

Maschinelles Lernen mit neuronalen Netzen

Im vergangenen Jahr erhielten der US-Amerikaner John Hopfield und der kanadische Forscher Geoffrey Hinton den Nobelpreis für Physik. Sie hatten grundlegende Entdeckungen und Erfindungen gemacht, die maschinelles Lernen mit künstlichen neuronalen Netzen ermöglichen. 

Am Mittwoch wird verkündet, wer den diesjährigen Chemie-Nobelpreis erhält. Am Donnerstag und Freitag folgen die Bekanntgaben für den Literatur- und den Friedens-Nobelpreis. Der Reigen endet am kommenden Montag mit dem von der schwedischen Reichsbank gestifteten Wirtschafts-Nobelpreis. 

Die feierliche Überreichung der Auszeichnungen findet traditionsgemäß am 10. Dezember statt, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel.