An der Linzer Johannes-Kepler-Uni erforscht der Physiker Eugene Brytavskyi, wie man Licht gezielt kontrollieren kann, um es in Zukunft für Quantencomputer zu nutzen.
Seit Tausenden von Jahren versuchen sich Menschen das Rechnen zu vereinfachen. Von prähistorischen Rechentafeln bis zum modernen Computerchip war es ein langer Weg. Trotz immer größer werdender Leistung heute üblicher Rechner könnte es für einige Anwendungen noch viel schneller werden – wenn man sich die Quantenmechanik zunutze macht. Die Idee des Quantencomputers wird seit den 1980er-Jahren entwickelt und nicht zuletzt die Experimente des österreichischen Physikers und Nobelpreisträgers Anton Zeilinger konnten dazu einen entscheidenden Beitrag leisten.
Er erforschte verschränkte Photonen, also zwei Lichtteilchen, die beide die gleiche Quanteninformation tragen, auch wenn sie durch große Entfernungen voneinander getrennt sind. Dadurch sind sie theoretisch besonders geeignet als Informationsträger in Quantencomputern. Vorausgesetzt, man kann sie kontrolliert herstellen und detektieren.
Mikroskopische Lichtquellen
Daran arbeitet Eugene Brytavskyi, Universitätsassistent am Institut für Halbleiterphysik der Johannes-Kepler-Universität Linz (JKU). „Wir forschen hier an Quantum-Dots, das sind mikroskopisch kleine Molekül-Strukturen, die tatsächlich einzelne Photonen emittieren können – und zwar mit genau den Eigenschaften, die wir wollen“, so der Physiker. Bei Quantum-Dots handelt es sich um nur einige Nanometer große Strukturen, bestehend aus 100 bis einigen 100.000 Metall-Atomen wie zum Beispiel Aluminium-Gallium-Arsenid. Sie sind ideale Quellen verschränkter Photonen. Ihre spezielle Struktur führt dazu, dass sie Licht in sehr eng definierter Wellenlänge ausstrahlen. So leuchten sie, von Licht bestrahlt, in intensivsten Farben, je nach Zusammensetzung und Größe. Welche Eigenschaften dieses Licht – also die Photonen – genau haben, versuchen Brytavskyi und das Team von Professor Armando Rastelli an der JKU gezielt zu beeinflussen.
»Ich machte schon als Kind Experimente in meinem Zimmer.«
Eugene Brytavskyi,Institut für Halbleiterphysik, Johannes-Kepler-Uni Linz
„Wir wollen die Produktion der Photonen und ihre Eigenschaften so genau kontrollieren, dass man sie standardisiert für Quantencomputer einsetzen kann“, erklärt Brytavskyi. Dazu versucht er die mikroskopisch kleinen Quantum-Dots verschiedentlich zu manipulieren. „Wir haben einige Ansätze dafür – zum Beispiel mit elektrischer Spannung, optischen Elementen oder durch minimale elektrisch gesteuerte Verformung. In Zukunft wollen wir dies alles verbinden, um eine möglichst starke und kontrollierte Photonen-Quelle zu haben, die für Rechner einsetzbar ist.“
Quanten-Netzwerk von Odessa bis Wien
Für Physik interessierte sich Brytavskyi schon von klein auf: „Ich machte schon als Kind Experimente in meinem Zimmer. Dann habe ich festgestellt, dass ich mit Physik die Welt um mich herum erklären kann.“ Geboren in der Ukraine, studierte er an der Metschnikow-Universität in Odessa Physik. Nach einem kurzen Erasmus-Aufenthalt in Vilnius (Litauen) absolvierte er zurück in Odessa sein Doktorat und zog schließlich als Postdoktorand an die Uni Bratislava (Slowakei). In die Linzer Forschungsgruppe kam er nach einem gemeinsamen Forschungsprojekt, finanziert von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. „Ich hatte Glück, dass ich die Ukraine schon vor der Invasion verlassen habe“, sagt der Physiker, der weiterhin in Kontakt mit Forschenden seiner ukrainischen Alma Mater ist.
In Österreich hat er nun ein erfolgversprechendes wissenschaftliches Umfeld gefunden: Seine Linzer Gruppe ist Teil des FWF-Exzellenzclusters „QuantA“, in dem mehrere Forschungsgruppen von Innsbruck bis Wien zusammenarbeiten. „Natürlich wird international viel geforscht an Quanteninformationsübertragung, das ist sicher ein heißes Thema. Österreich hat hier einen Fuß in der Tür“, so der Physiker.
Aber nicht nur die Wissenschaft, auch die Natur und Kultur machen Linz für ihn reizvoll. Um den Kopf freizubekommen, geht der Physiker in die Berge. Und er liest Robert Musil: „Ich habe eine Übersetzung gefunden, und das Buch hat meine Sicht auf unsere Gesellschaft tatsächlich verändert – und es hat mir die österreichische Geschichte erklärt.“
Zur Person
Eugene Brytavskyi (36) wurde in Odessa, Ukraine, geboren. Er studierte in seiner Heimatstadt Physik. Nach seinem Doktorat an der Universität Odessa absolvierte er mehrere internationale Forschungsaufenthalte in Bratislava und Berlin. Seit 2021 forscht er an der Johannes-Kepler-Universität in Linz.