Physik-Nobelpreis für Oberösterreicher Anton Zeilinger

Der diesjährige Nobelpreis für Physik geht an den Innviertler Quantenphysiker Anton Zeilinger (77). Das gab die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften am Dienstag in Stockholm bekannt. Zeilinger wird gemeinsam mit dem französischen Physiker Alain Aspect und dem US-Physiker John F. Clauser u.a. für Experimente mit verschränkten Photonen geehrt. Die Auszeichnung ist heuer so wie im Vorjahr mit zehn Millionen Schwedischen Kronen (knapp 920.000 Euro) dotiert.

Übergeben wird der Preis alljährlich am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel, in Stockholm.

Die Auszeichnung ergeht an die Preisträger unter anderem für Pionierarbeiten in der Quanteninformation. Die drei Physiker hätten den von Albert Einstein als "spukhafte Fernwirkung" abgetanen quantenphysikalischen Zustand, bei dem zwei verschränkte Teilchen wie von Zauberhand miteinander verbunden bleiben und ihre physikalischen Eigenschaften teilen, "aus der Theorie in die Praxis gebracht", heißt es seitens des Komitees.

"Sehr überrascht"

Er sei "sehr überrascht" von dem Anruf gewesen, sagte Zeilinger in einer ersten Reaktion im Rahmen der Pressekonferenz in Stockholm. Der Begriff der "Teleportation", mit dem Zeilinger oft verbunden wird, sei aber weit ab von dem bekannten Science Fiction-Trick aus "Raumschiff Enterprise". Der am 20. Mai 1945 in Ried im Innkreis (OÖ) geborene Physiker gilt als Pionier der Übertragung von Quanteninformation zwischen Photonen. In diesem Bereich hat er in den vergangenen Jahrzehnten zahlreiche Durchbrüche erzielt und Übertragungsrekorde aufgestellt. Diese Art der Informationsweitergabe sei zum Beispiel "fundamental wichtig zum Informationstransport in Quantencomputern", sagte Zeilinger.

Er sei immer von Quantenmechanik fasziniert gewesen - "vom ersten Moment, an dem ich davon gehört habe". Zeilinger würdigte am Dienstag auch seinen Doktorvater Helmut Rauch als "Pionier in Quantenphysik", der ihm ermöglicht habe, seine Forschungen in Wien voranzutreiben. Damals sei vieles in dem Feld noch "komplett philosophisch" gewesen. Zeilinger und seine Mit-Laureaten haben das verändert. Mittlerweile gebe es in dem Feld technologische Anwendungen, aber viele Grundfragen in der Quantenphysik seien weiter unbeantwortet.

Er sehe den Preis auch als "Ermutigung für junge Menschen", sagte Zeilinger, und riet ihnen: "Denkt nicht zu viel an künftige Anwendungen." Ohne die vielen Mitarbeiter hätte man den Weg in Richtung Anwendung nicht beschreiten können. Was man in den nächsten 20 Jahren sowohl im Feld der Grundlagen der Quantenphysik und als auch bezüglich Anwendungen sehen wird, sei "absolut offen", sagte Zeilinger, der am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel, zusammen mit Aspect und Clauser in Stockholm den Preis entgegennehmen wird.

"Es gibt so viele andere Kandidaten auch"

Schon lange wurde er als Kandidat gehandelt, er selbst kommentierte dies in den vergangenen Jahren immer realistisch: "Es gibt so viele andere Kandidaten auch". Der 77-jährige Wissenschafter ist damit am Zenit seiner langen international beachteten wissenschaftlichen Karriere.Wien. Zeilinger hat immer an den äußeren Grenzen des aktuellen Wissens geforscht und bahnbrechende Beiträge zu den Grundlagen der Quantenphysik geliefert. Gleichzeitig wurde er mit seinem ergrauten Rauschebart und krausem Haar zum gefeierten Medienstar, dem Attribute wie "Mr. Beam", "Quantenpapst", "Popstar der Naturwissenschaft" oder "Hexenmeister aus Wien" verliehen wurden.

"Ich möchte keine Dinge machen, die Mainstream sind", sagte Zeilinger einmal im Gespräch mit der APA. Dabei hat er mit seinen Arbeiten durchaus geholfen, einige Hauptströmungen seines Fachs zu starten - "sobald es aber Mainstream war, habe ich gesagt: Aus, wir machen wieder etwas anderes."

Seine Popularität ist wohl dem Umstand zu verdanken, dass sich Zeilinger nie gescheut hat, den Elfenbeinturm zu verlassen: Er erklärte dem Dalai Lama die (Quanten-)Welt, diskutierte mit Nobelpreisträgern den Sinn des Lebens und vermittelte Grundprinzipien der Quantenphysik bei der Kunstausstellung documenta in Kassel.

Geboren im Innviertel

Zeilinger, am 20. Mai 1945 in Ried im Innkreis (OÖ) geboren, hat in seinen Physik- und Mathematik-Studien an der Universität Wien "keine einzige Stunde eine Vorlesung zur Quantenphysik" gehabt. Er musste sich sein Wissen aus Büchern aneignen, "und das hat mich sofort fasziniert, weil die Quantenphysik von unglaublich schöner Mathematik ist". Faszinierend fand er auch, was nicht in den Büchern stand: "Wenn man fragt, was das alles bedeutet, im Sinne einer Interpretation der Quantenmechanik, bekommt man das Gefühl, dass da etwas Interessantes verborgen sein muss", sagte er einmal im Gespräch mit der APA. Diese philosophischen Konsequenzen der Erkenntnisse aus der Quantenwelt beschäftigen ihn heute mehr denn je.

Er habe "das Riesenglück gehabt", seine Doktorarbeit bei Helmut Rauch (1939-2019) zu machen, dem Urvater der Quantenoptik in Österreich. Wie Rauch arbeitete Zeilinger ganz klassisch mit Neutronen, doch in dieser Zeit habe Rauch mit der Neutronen-Interferometrie begonnen und konnte schließlich zeigen, dass nicht nur Lichtteilchen Welleneigenschaften besitzen, sondern - wie von der Quantenphysik vorhergesagt - auch massive Teilchen wie Neutronen.

Nach der Promotion (1971) blieb Zeilinger als Assistent bei Rauch. In diese Zeit fielen erste Forschungsaufenthalte im Ausland, u.a. beim späteren Nobelpreisträger Clifford G. Shull am Massachusetts Institute of Technologie (MIT), das er bis 1990 immer wieder besuchte. Dort begann er, sich mit grundlegenden Fragen der Quantenphysik zu beschäftigen - zum Beispiel in Diskussionen mit den US-Physikern Daniel Greenberger und Michael Horne über das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung.

Dabei handelt es sich um einen quantenphysikalischen Zustand von mindestens zwei Teilchen, der Grundannahmen der klassischen Physik widerspricht. Denn zwei verschränkte Teilchen bleiben auch über beliebige Distanzen stark miteinander verbunden, Veränderungen an einem beeinflussen scheinbar augenblicklich das andere Teilchen. Zeilinger hat aus dieser scheinbaren wissenschaftlichen Kuriosität ein mächtiges Werkzeug gemacht - nicht nur für die Grundlagenforschung, sondern auch für Anwendungen.

Ab 1983 Assistent an der TU Wien

Mit Greenberger und Horne beschrieb er 1986 eine spezielle Form der Verschränkung von drei Teilchen, die heute nach den Anfangsbuchstaben ihrer Namen "GHZ-Zustand" bezeichnet wird. Diese Arbeit gilt in Fachkreisen als eine der wichtigsten Leistungen des Physikers. Es sollte bis 1998 dauern, bis es ihm gelang, diese Zustände auch experimentell zu erzeugen - der Weg dahin erwies sich aber als wissenschaftlich überaus fruchtbar.

Ab 1983 war Zeilinger Assistent an der Technischen Universität (TU) Wien, 1988 erhielt er eine Lehrstuhlvertretung an der TU München. 1990 wurde er schließlich als Professor an die Universität Innsbruck berufen und legte dort das Fundament für die heute zur Weltspitze zählende österreichische Quantenphysik.

1999 wechselte er schließlich an die Universität Wien, wo er das Institut für Experimentalphysik leitete und bis zu seiner Emeritierung 2013 als Professor tätig war. 2003 gründete er außerdem gemeinsam mit Physiker-Gruppen der Universität Innsbruck um Rainer Blatt, Rudolf Grimm, Peter Zoller und Hans Briegel das Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW).

Begnadeter Experimentator

Fachlich gilt Zeilinger unter Kennern vor allem als begnadeter Experimentator, dem es in ausgefeilten Versuchen gelingt, neue Zusammenhänge aufzudecken und gängige Theorien zu bestätigen oder zu widerlegen. Dabei hat er sich mit technischer Präzision und intellektueller Weitsicht immer wieder auch mit Grundfragen der Quantenphysik beschäftigt.

Diese Auseinandersetzung führte zu einer Reihe von Ergebnissen, die international Aufsehen erregten. So entstand etwa Anton Zeilingers wohl bekanntestes Experiment auf dem Weg zur Realisierung der "GHZ-Zustände": die Teleportation.

1997 gelang Zeilinger erstmals die Teleportation von Lichtteilchen. Auch wenn es dabei nicht wie in "Star Trek" um Fernübertragung von Materie, sondern von exakter Information geht, wurde der Versuch mit "Beamen" verglichen bzw. gleichgesetzt. Er selbst vermeidet solche Begriffe, hatte aber nie ein großes Problem damit; das Interesse der Öffentlichkeit war ihm damit sicher.

Auch wenn es ohne ein gewisses Maß an Eitelkeit wahrscheinlich nicht geht: Publicitygier schien nie ein Beweggrund für Zeilingers Vermittlungsarbeit gewesen zu sein, für die ihn der Klub der Bildungs- und Wissenschaftsjournalisten 1996 als "Wissenschafter des Jahres" ausgezeichnet hat. Vielmehr ist es der Enthusiasmus für sein Fach, "er kann Begeisterung vermitteln, weil er selbst ein Begeisterter ist", wie er einmal beschrieben wurde.

Viele Anknüpfungspunkte zur Anwendung

Zum Interesse an seiner Arbeit trägt sicher bei, dass es sich dabei in vielen Fällen zwar um Grundlagenforschung par excellence handelt, es aber dennoch viele Anknüpfungspunkte zur Anwendung gibt. So erkannten der Physiker und sein Team, dass sich schon lange bekannte Effekte aus der Quantenwelt für völlig neue Zwecke nutzen lassen, etwa die Quantenkryptographie.

Dabei wird das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung, bei dem zwei Teilchen wie durch Zauberhand auch über weite Strecken verbunden bleiben, zur abhörsicheren Übermittlung von Schlüsseln genutzt. Dass dies möglich ist, zeigte Zeilinger erstmals 1999, fünf Jahre später demonstrierte er im Wiener Rathaus als Premiere eine mittels Quantenkryptographie verschlüsselte Geldüberweisung.

Mit der Vision eines weltumspannenden Quanteninternets vor Augen, schoben Zeilinger und sein Team die Grenzen der Verschränkung und der Teleportation immer weiter hinaus - in Lichtleitern durch einen Abwasserkanal unter der Donau hindurch, in die Atmosphäre zunächst quer über Wien und dann zwischen kanarischen Inseln.

Das erste quantenverschlüsselte Videotelefonat 

Zeilinger wollte noch höher hinaus und engagierte sich - vergeblich - für einen europäischen Quantenkommunikationssatelliten. Den sollten dann die Chinesen bauen und 2016 unter dem Namen "Micius" starten. Der Wiener Physiker war als Kooperationspartner mit dabei - hatte doch der Leiter des chinesischen Projekts, Pan Jian-Wei, bei Zeilinger an der Uni Wien promoviert.

2017 führte schließlich Zeilinger als ÖAW-Präsident mit seinem chinesischen Amtskollegen mithilfe von "Micius" das erste quantenverschlüsselte Videotelefonat durch. Zeilinger, der 2019 einmal mehr zu den meistzitierten und damit einflussreichsten Forschern Österreichs zählte, erregte damit erneut weltweite Aufmerksamkeit. Die American Physical Society (APS) kürte das "Quantentelefonat" zu einem der zehn Physik-Highlights des Jahres.

Trotz aller Sympathie für Öffentlichkeit und Anwendung seiner Forschungen bleibt Zeilinger nach eigenen Angaben Grundlagenforscher, sein großes Interesse gilt dem Ziel, mehr Wissen über unsere Welt anzusammeln. "Ich könnte den Rest meines Lebens damit verbringen, irgendwelche Technologien zu entwickeln, aber das interessiert mich nicht", betonte er im APA-Gespräch und verweist auf eine Serie neuer Experimente, die er in seiner Gruppe zu "ganz fundamentalen Fragestellungen" gestartet hat.

Autoritäten und Grenzen hätten ihm schon als Schüler nichts bedeutet, erinnerte sich Zeilinger einmal. Diese Einstellung hat er sich bis heute erhalten und sich nie gescheut, zu aktuellen Themen Stellung zu nehmen und sich auch hochschulpolitisch zu engagieren.

Bis Ende Juni Präsident der ÖAW

Konsequent verfolgte er etwa die Idee, in Österreich eine Spitzenforschungseinrichtung zu etablieren. Er konnte die Politik für die Idee gewinnen und 2009 wurde das Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg eröffnet. Im selben Jahr gründete Zeilinger die Internationale Akademie Traunkirchen, in der begabte junge Menschen gefördert werden.

2013 wurde er zum Präsidenten der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) gewählt und 2017 für eine weitere Amtszeit bestätigt. Bis Ende Juni stand er der Akademie vor, ehe ihn Heinz Faßmann an der Spitze der Gelehrtengesellschaft ablöste.

Ehrungen hat der Physiker unzählige bekommen: 2001 erhielt er mit der Aufnahme in den Orden "Pour le Merite" die höchste Wissenschaftsauszeichnung Deutschlands und mit dem Ehrenzeichen für Wissenschaft und Kunst die höchste Ehrung für Wissenschafter Österreichs. 2005 bekam er den saudiarabischen "King Faisal Preis", 2007 die erstmals vergebene "Isaac Newton Medaille" des "Institute of Physics", letztere für "seine bahnbrechenden konzeptionellen und experimentellen Beiträge zu den Grundlagen der Quantenphysik, die zu Meilensteinen der sich rasch entwickelnden Forschung im Bereich der Quanteninformation geworden sind".

Ganz ähnlich wurde 2010 die Verleihung des renommierten Wolf-Preises an Zeilinger begründet. Zum 70er gab es 2015 das Große Goldene Ehrenzeichen für Verdienste um die Republik Österreich, 2017 folgten der John-Stewart-Bell-Preis, 2019 der chinesische Micius-Preis. Der Physiker ist zudem Fellow der American Association for the Advancement of Science (AAAS) und Mitglied etlicher Wissenschaftsakademien.