Weekly #121: Physik-Nobelpreis für Quantenchips, Doku über einen Film-Diebstahl

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00:00:14: Hi

00:00:18: zusammen, wir haben heute ein Thema mitgebracht, um das wir heute nicht herumkommen.

00:00:25: Wir befinden uns nämlich mitten in der Nobelpreiswoche.

00:00:28: Und gestern wurde der Preis für besondere Forschung in der Physik vergeben.

00:00:34: Wir hatten zuvor schon sehr stark mit Quantenphysikerinnen gerechnet und da lagen wir auch tatsächlich richtig.

00:00:42: Wir geben einen kleinen Einblick in die ausgezeichnete Forschung dazu.

00:00:46: Unser Tipp der Woche ist dann noch eine Doku, die mich ziemlich aufgewühlt hat, der talentierte Mr.

00:00:52: F heißt sieben.

00:00:53: Mein Name ist Jenny Lipis.

00:00:55: Ich bin Online-Redakteurin für das Magazin MIT Technology Review.

00:00:59: Und einmal pro Woche darf ich diesen getunnelten Podcast moderieren.

00:01:03: Viel Spaß beim Zuhören.

00:01:06: Wir haben beide jetzt gestern gespannt vor dem Livestream gesessen und auf die Verkündung des Physiknobelpreises gewartet, dass in diesem Jahr Quantenphysiker ausgezeichnet werden.

00:01:19: ist insofern nicht überraschend, als dass dieses Jahr die Vereinten Nationen das internationale Jahr der Quantenwissenschaften und Quantentechnologie ausgerufen haben.

00:01:29: Und das Jahr zwanzig, fünfzwanzig markiert nämlich das Hundertstejubiläum der Entwicklung der Quantenmechanik, also den Rechenoperationen hinter der Quantenphysik.

00:01:39: Hinter der Entwicklung dieser Quantenmechanik in den neunzehnten und zwanziger Jahren stecken so viele schlaue Köpfe, also Physiker und Mathematiker, wie zum Beispiel auch Werner Heisenberg oder Max Planck, die ja bereits in der Vergangenheit auch den Nobelpreis erhalten haben.

00:01:54: Jetzt geht der Physik-Nobelpreis aber an John Clark, Michel Devoré und John M. Martinez.

00:02:04: Und dann haben Sie vorgelesen natürlich, for the discovery of macroscopic quantum mechanical tunneling and energy quantization in an electric circuit.

00:02:14: Ja, wir räumen wir jetzt, es fehlt am besten auf Wolfgang.

00:02:17: Was bedeutet das alles?

00:02:20: Indem wir sagen, dass es im Grunde genommen um die technischen Grundlagen für supra leitende Quantenchips geht.

00:02:27: Aber weil der Preis ja nicht für technische Entwicklung vergeben wird, sondern für wissenschaftliche Durchbrüche, soll man natürlich den entsprechenden wissenschaftlichen Durchbruch raussuchen.

00:02:37: Und darin geht es um die Entdeckung des makroskopischen quantenmechanischen Tunnels und der Energie-Quantisierung in einem elektrischen Stromkreis.

00:02:46: Was?

00:02:46: Wiederum?

00:02:46: Ja, wie gesagt, die technische Grundlage dafür ist, dass es superleidende Quantenchips gibt.

00:02:51: Und dann müssten wir jetzt mal anfangen erstmal mit Tunnel-Effekt.

00:02:56: Dann

00:02:56: erzähle ich vielleicht ein bisschen was darüber, was zum Teufel makroskopischer Ton der Tonneleffekt ist und was das Ganze mit so paar Leiter zu tun hat.

00:03:04: Und dann wird es schon ein bisschen klarer, glaube ich.

00:03:08: Das wäre doch wunderbar.

00:03:11: Okay, fangen wir an mit Tonneleffekt.

00:03:13: Tonneleffekt wird die Fähigkeit von Quantenobjekten genannt, sich scheinbar durch Wände zu bewegen.

00:03:20: Es sind natürlich keine richtigen Wände, keine richtig, also nicht gemauert oder so.

00:03:25: Aber wenn du so einen Elektron hast in einem Atom, dann ist das eingesperrt in so einem elektrischen Feld, was Potenzialwände hat, sagen die Physiker.

00:03:39: Und das heißt einfach... Man muss Energie aufwenden, um das Elektron von diesem Atom wegzukriegen, das Hochzukriegen sozusagen.

00:03:47: Es klettert dann die Potenzialwand hoch und irgendwann, wenn man genug Energie reingesteckt hat, dann würde es frei werden und könnte davon fliegen sozusagen.

00:03:57: Nun stellt sich raus.

00:03:59: dass in der Quantenmechanik, dass du da Objekte, also auch Elektronen und Atome und alles die Dinge, als Wellen beschreiben kannst.

00:04:09: Und diese quantenmechanischen Wellenfunktionen, die haben die schöne Eigenschaft, wenn du die Abitude, also wie groß diese Welle an einem bestimmten Ort ausschlägst, und du davon das Quadrat bildest, dann kriegst du die ab.

00:04:21: Aufenthaltswahrscheinlichkeit an diesem Ort.

00:04:24: So wie das mit Wellen so ist, die hören nicht plötzlich an so einer Wand auf, sondern die gibt es überall im Raum, auch wenn sie dann, wenn sie in so einem Kasten drin sind, in so einem Potentialweil eingesperrt, dann haben die trotzdem auch außerhalb dieses Weils noch eine Ablitude, die von Null verschieden ist.

00:04:42: Das heißt, dass es da auch eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit gibt, die größer als Null ist.

00:04:46: Dann kann man sagen, hey, das ist alles so und nur super theoretisch, das kann ja sein.

00:04:51: Aber das Lustige an der Quantenmechanik ist, dass da auch Dinge passieren, die zwar unwahrscheinlich sind, die deren Wahrscheinlichkeit aber nicht null ist.

00:04:58: Das heißt, es passiert nicht automatisch das, was die größte Wahrscheinlichkeit hat.

00:05:02: Das heißt auch, dass zum Beispiel beim radioaktiven Zerfall Teilchen außerhalb dieses Potentialwalts auftauchen.

00:05:10: Das ist im Grunde genommen einer der Mechanismen für den radioaktiven Zerfall.

00:05:17: Aber das tritt auch woanders auf.

00:05:19: Dieser Tunnel-Effekt ist zum Beispiel die technische Grundlage für Elektronenmikroskope, aber eben auch für jetzt mal zu danken, dass technisch bedeutender sowas wie Flash-Speicher die beruhen auf dem Tunnel-Effekt.

00:05:36: Der Tunnel-Effekt, ja, das haben wir

00:05:38: erklärt.

00:05:40: Nun habe ich ja gerade gesagt, so... Quantensysteme, mikroskopisch kleine Quantensysteme sind in der Regel mikroskopisch klein, so Elektronen, Atome und so was.

00:05:50: Und nun ist ja da die Rede von makroskopischen Tunnel-Effekten so.

00:05:56: Und nun stellt sich raus, dass es einige physikalische Systeme gibt, einer davon ist ein Subraleiter, wo du auf einer makroskopischen Ebene, also jetzt hier auf unserer Alltagsebene auch Quanten-Eigenschaften sehen kann oder beziehungsweise die du nur mit Quanten-Eigenschaften erklären kannst.

00:06:15: Supraleitung ist, wenn du Supraleitendes Material, also Metall, zum Beispiel Aluminium tief genug runter kühlst auf wenige tausendsteig Grad über dem absoluten Nullpunkt, dann richt der elektrische Widerstand total zusammen.

00:06:34: Deswegen heißen die dann Supraleitend.

00:06:36: Und das passiert, weil, dafür gab es auch noch einen Nobelpreis für die Theorie, klassische Superleitung, BCS-Theorie, weil die Elektronen sich dann sozusagen Paarweise zusammentun und nicht mehr als Einzelelektronen da auftreten, sondern als Paare, als sogenannte Cooper-Paare und dann in einer einzigen, eine einzige große makroskopische Wellenfunktion einnehmen.

00:07:03: Wie Kondensieren sagen die?

00:07:05: Und das kann man nutzen in super leitenden Chips.

00:07:12: Dazu müssen wir aber noch eine Zutat dazutun.

00:07:15: Dann landen wir tatsächlich bei den elektrischen Scheitkreisen, den sogenannten Josephson Kontakt.

00:07:22: Also im Grunde genommen ist so ein Josephson.

00:07:26: Kontakt nur ein Stück nicht zu parallel in das Metall, was zwischen zwei Superlatern ist.

00:07:31: Kleines, dünnes Stück nicht zu parallel in das Metall, zwischen zwei Superlatern.

00:07:37: Dann legst du da eine Spannung an, dann fließt ein Strom und Diejenigen Leute, die diese Theorie für die Subra-Leitung, einer davon, die Theorie für die Subra-Leitung entwickelt haben, Brian Josephsen, der hat bereits two-sechzig berechnet, dass sich dieser Kontakt wie ein Quantensystem verhalten sollte.

00:08:03: Das ganze Ding, also... Ein Stromkreis und Spannung anlegst, zwei Superleiter und dazwischen ein kleines Stück Nicht-Superleiter verhält sich im Grunde genommen wie so ein Schwingkreis, aber wie ein Quantenschwingkreis.

00:08:16: Also das heißt, der fängt an, wenn du ihn anregst auf bestimmten festen Frequenzen zu oszinieren, zu schwingen.

00:08:23: Das haben die Neuzer-Sechzig bereits berechnet, vorhergesagt, es hat aber dann noch... mehr als zwanzig Jahre dauert bis Mitte der achtziger Jahre, bis eben und so drei Nobelpreis Träger jetzt hier, dass tatsächlich experimentell nachgewiesen haben, dass das also ein Quantensystem ist, dass das wie ein Quantensystem verhält und dass man das auch mit Mikrowellen anregen kann in höhere Quantenzustände.

00:08:48: Und das ist genau das der Punkt, wo dann die Quantencomputer ins Spiel kommen, weil die sich dann irgendwann gedacht haben, insbesondere der John Martinis, auch wiederum eher, zwanzig, dreißig Jahre später, dass das doch super ist, wenn ich so ein Quantensystem habe, dass ich dazu bringen kann, technisch dazu bringen kann, zwei Zustände einzunehmen, Grundzustand und einen angeregten Zustand.

00:09:20: Und ich es auch dazu bringen kann, dass es zwischen diesen beiden Zuständen hin und her oszilliert.

00:09:26: Das heißt, das wäre dann also in der Quantensprache eine Überlagerung des Grundzustandes und des angeregten Zustandes.

00:09:34: Dann habe ich ein Q-Bit.

00:09:35: Ein Q-Bit ist einer der Grundbestandteile von einem Quantencomputer.

00:09:40: Wenn ich die Q-Bits miteinander verknüpfen kann, dann kann ich halt auf so einer Quantenebene rechnen.

00:09:47: Und das haben sie gemacht.

00:09:49: Auch noch ein bisschen gedauert, es ist John Martinis von Google engagiert worden.

00:09:58: Das war ja der große Urknall dieses Computings.

00:10:02: Da sind sie dann plötzlich wach geworden, hat Google dann einen Chip vorgestellt mit dreinfünfzig Supraleitenden Cubits, wo sie dann gesagt haben, damit können wir was rechnen, was man mit klassischen Supercomputer nicht rechnen kann.

00:10:19: Das war dann sehr umstritten, aber da ging es dann los.

00:10:22: Mit guck jetzt haben wir das Quantenzeitalter erreicht.

00:10:25: Auf jeden Fall war das für uns auch so ein Punkt, wo du gesehen hast, hey, da stecken jetzt große Unternehmen wie Google, aber Microsoft war auch dabei, IBM ist dabei und so weiter und so fort.

00:10:37: Richtig, richtig, richtig viel Geld rein.

00:10:39: Das ist nicht nur rein akademische Forschung.

00:10:42: Martinis ist der jetzt bei D-Wave oder so, weißt du das?

00:10:46: Und das weiß ich gar nicht.

00:10:47: Ich glaube,

00:10:48: der ist wieder zurück an die Universität gegangen.

00:10:51: Okay, irgendwie hatte ich den gerade irgendwie dahin getan, gedanklich.

00:10:54: Aber sagten dir die Namen Ahtok, was als das verkündet wurde, also die drei Namen hier?

00:11:00: Vor allen Dingen John Martin ist aktuell was.

00:11:02: Weil wie gesagt, der damals dann auch bei Google mit dabei war.

00:11:06: Ja, auf jeden Fall sehr, sehr spannend.

00:11:07: Du hast das Ganze auch noch mal zusammengeschrieben zum Nachlesen.

00:11:11: Wer jetzt hier vielleicht gedanklich noch mal alles nachvollziehen möchte, der kann das.

00:11:17: Ich habe auch

00:11:17: noch ein bisschen was dazu geschrieben, wie denn jetzt eigentlich auch gerade der Stand von Quantencomputer ist, weil das ist nämlich auch immer so.

00:11:23: die große Frage.

00:11:24: Oh ja, Quantencomputer.

00:11:26: Erstens, was kann man damit machen?

00:11:28: Da gibt es ja immer so ein Missverständnis.

00:11:31: Wenn du nur die Überschriften liest, kannst du sehr schnell zu dem Schluss kommen.

00:11:36: Hey, das sind einfach, weiß ich nicht, tausendmal, millionenmal schneller als herkömmliche Computer, aber man muss ein bisschen genauer hingucken.

00:11:44: Und dann stellt man fest, naja, das gilt nicht immer, aber es gibt halt bestimmte Probleme, die sich glücklicherweise auch gerade als technisch relevant interessant herausgestellt haben, die halt mit herkömmlichen Computern sehr schwer oder gar nicht zu berechnen sind, weil einfach die Berechnungen so komplex und so zahlreich werden, so viel Rechenpower erfordert, dass wenn du große Probleme berechnen willst, mit ganz, ganz vielen Variablen, dass du da halt nicht mehr hinterher kommst und da haben, bieten Quantencomputern eine Chance, das zu machen.

00:12:21: Allerdings im Moment sind sie halt einfach noch nicht so weit.

00:12:25: Und supra leitende Quantenchips sind eine mögliche Hardware.

00:12:30: Da sind wir im Moment bei Roundabout.

00:12:32: hundert, hundertfünfzig Cubits.

00:12:36: Je nachdem, wie gut die Qualität ist, es gibt verschiedene Ansätze.

00:12:40: In letzter Zeit war eher die Tendenz zu sagen, wir bauen bessere Cubits, die stärker miteinander vernetzt sind, als mehr Cubits auf einen Chip zu quetschen.

00:12:51: Zwischendurch hat Algm auch schon mal einen mit tausend gezeigt.

00:12:55: Aber jetzt ist der Trend eher weniger, dafür besserer.

00:12:58: Und dann gibt es halt noch ganz viele andere Hardware-Ansätze.

00:13:01: Es gibt die Hohenfallen, die sind noch nicht so weit.

00:13:04: Da sind wir ja so bei einigen zehn Cubits.

00:13:06: Es gibt aber auch spannende Ansätze mit Festkörpergeschichten, mit Neutralatom, sogar Fehlstellen in Diamanten und so weiter.

00:13:18: Die sind jetzt im Moment nicht so weit wie die Supraleitenden.

00:13:24: Cubits, das heißt aber nicht, dass Superleitung jetzt sozusagen das Rennen gewonnen hat, weil der nächste große Schritt, woran sie jetzt alle, alle, alle arbeiten, ist halt die Quantenfehlerkorrektur.

00:13:35: Also dafür zu sorgen, dass die Cubits, sowohl die logische Verköpfung der Cubits als auch die Cubits selber, also sowas wie Bitflip oder so, dass einem Cubit mal umspringt, dass man da Fehlerkorrektur algorithmen... drüber laufen lässt, um diese Fehler auszulachen, die unweigerlich passieren.

00:13:56: Und erst wenn man das hat, wenn man eine große Zahl Fehler korrigierter Cubits hat, dann kann man wirklich auch komplexe praktisch relevante Alltagsprobleme berechnen damit.

00:14:10: Und die Schätzung ist allerdings, dass das auch gar nicht mehr so lange dauert.

00:14:15: Es gibt verschiedene Schätzungen von verschiedenen Herstellern, aber es läuft alles so auf, Das klingt auch alles halb-explosibel, also die wesentlichen technischen Hindernisse.

00:14:31: Da ist zumindest gezeigt worden, dass man die irgendwie lösen kann.

00:14:34: Also da ist ein Weg, das tatsächlich zu machen.

00:14:36: Ich wäre vergleichsweise optimistisch, dass das tatsächlich auch passiert.

00:14:41: Ja, bis zum Jahr zwanzig dreißig sind noch ein paar Nobelpreise zu vergeben.

00:14:44: Ja, aber

00:14:45: gar nicht mehr so viel, ne?

00:14:47: Also fünf Jahre, in fünf Jahren tatsächlich praktisch einsetzbare Quantencomputer.

00:14:53: Das wäre schon sehr abgefahren.

00:14:55: Absolut,

00:14:55: genau.

00:14:57: Da haben wir bestimmt in unserem Fundus auch noch mal größere Texte, die ich in den Show noch einmal verlinken kann zur Fehlerkorrektur.

00:15:06: Du kannst ruhig spoilern.

00:15:07: Wir machen ein ganzes Heft.

00:15:08: Ich wollte

00:15:10: nicht.

00:15:10: Ja, ich war mir nicht sicher, ob wir das schon verraten.

00:15:13: Aber es ist vielleicht auch nicht so eine große Überraschung im Prinzip, dass wir uns auch dem Quantenjahr widmen sozusagen, unter ein ganzes Heft zu erstellen.

00:15:23: Genau.

00:15:24: Die Nobelpreise werden dann am zehnten Dezember verliehen in Stockholm.

00:15:29: Todestag von Alfred Nobel.

00:15:31: Die Texte, den Text von Wolfgang jetzt und die, die ich noch aussuche, findet ihr dann in den Show Notes.

00:15:37: Danke erstmal, Wolfgang.

00:15:39: Ja, nach dieser komplexeren Kost habe ich noch einen unkomplizierten Rausschmeißer aus dieser Folge, nämlich unseren Medientipp.

00:15:46: Der ist in der ARD-Mediathek ganz frisch und da ist es die Doku der talentierte Mr.

00:15:52: F. Und da geht es um die Geschichte von zwei Filmstudenten, die einen Animationsfilm mit dem Namen Butti gemacht haben.

00:16:00: Und Butti ist ein kleiner Haushaltsroboter.

00:16:02: Das finden Sie bestimmt auch interessant, Wolfgang.

00:16:06: Der hilft seiner Besitzerin halt und wird dann aber verstoßen, weil er einen Fehler macht.

00:16:11: Es ist ganz niedlich, ans Herz gehende Story, bis in Wally mäßig nimmt.

00:16:17: Und genau, die beiden Studenten stehen im Film fertig und einer der beiden Studenten kommt auf die Idee, den mal kurz bei YouTube hochzuladen, um zu gucken, wie der so ankommt bei den Leuten.

00:16:29: Und hat auch super positive Rückmeldungen.

00:16:32: Und dann nach ein paar Tagen nimmt er ihn wieder offline.

00:16:35: Und irgendwann stellen sie fest an, dass sie dann, als der Film richtig fertig ist, wollen sie ihn bei Filmfestivals einreichen, machen das bei vielen Europäischen und bekommen nur Absagen, bis sie dann schließlich eine Zusage bei einem Festival bekommen, kurzzeitig.

00:16:55: Danach bekommen sie wieder eine Absage, weil sie disqualifiziert werden, weil der Film gegen Urheber rechts.

00:17:02: Richtlinien verstößt.

00:17:04: Und es wird gesagt, hier den Film gibt es schon von jemand anderem.

00:17:08: Und sie stehen in Nachforschung an und stoßen auf einen jungen Amerikaner, der in Amerika fröhlich durchs Frühstücksfernsehen tingelt und da seinen Film vorstellt.

00:17:24: Der heißt T-Hundertdreißig.

00:17:26: Und ja, hat den auch selber in den USA bei Filmfestivals eingereicht und da Preise ohne Ende abgesahnt.

00:17:35: Und die beiden Studenten sind natürlich zurecht entrüstet darüber und überlegen, was sie jetzt machen.

00:17:42: Lassen sich von Anwälten beraten und das ist nicht immer so einfach, diese Urheberrechtsverfahren.

00:17:49: Also in Deutschland ist es wohl noch relativ.

00:17:51: günstig zu machen in den USA, aber eben wird das schnell teuer für die beiden dann auch, sodass sie sich eigentlich im Nachhinein für einen cleveren Schachzug entscheiden, nämlich diesen Amerikaner aufzusuchen und ihn damit zu konfrontieren, was er da gemacht hat.

00:18:08: Er hat nämlich auch in seinem Film quasi alles, also alle Urwehrrechte getilgt und seinen Namen als Regisseur da reingeschrieben.

00:18:19: und nur kleine Änderungen gemacht, eben dieser neue Titel und ein, zwei Szenen rausgeschnitten.

00:18:25: Jedenfalls suchen sie ihn dann in den USA auf und finden ihn auch und konfrontieren ihn.

00:18:30: Und das wird dann auch ein sehr emotionaler Film.

00:18:35: Und ich finde, die Reaktion einfach sowohl von dem Amerikaner als auch von den deutschen Studenten sehr verrückt.

00:18:42: Ich will jetzt hier nicht so viel verraten.

00:18:44: Es ist einfach sehenswert, was dann auch passiert.

00:18:48: Letztlich ist es, glaube ich, eine gute Idee von den beiden Studenten gewesen, aus ihrer Reise diesen Typen zu finden, nochmal eine Doku zu machen, weil sie so nochmal in den, ja quasi die Erfahrung haben, ihren Film nochmal.

00:19:05: in Originalfassung irgendwie ans Herz zu legen.

00:19:09: Deswegen ist die Doku tatsächlich sehr packend und ich glaube aufgewühlt.

00:19:13: Bezeichnet das ganz gut, wie man sich danach gefühlt hat oder wie sich auch die Studenten fühlen.

00:19:19: Damit sind wir auch schon am Ende dieser Folge.

00:19:22: Wir hören uns in der nächsten Woche wieder.

00:19:24: Da wird mich allerdings voraussichtlich meine Kollegin Andrea Hoferichter vertreten.

00:19:29: Bis dahin, macht es erst mal gut.

00:19:31: Tschüss.