Physik-Nobelpreis für Entdeckungen, die Quantencomputer ermöglichten

Drei Pioniere für den Nachweis von Quanteneffekten auf einem Chip geehrt

Am 7. Oktober 2025 verlieh die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften den Nobelpreis für Physik an John Clarke, Michel H. Devoret und John M. Martinis für Experimente, die die Quantenmechanik aus der atomaren Welt in makroskopische elektrische Schaltkreise übertrugen – ein Durchbruch, der die Grundlage für heutige supraleitende Qubits und weite Teile der modernen Quantencomputer-Industrie bildet. (nobelprize.org)

Warum dieser Preis von Bedeutung ist

Die Quantenmechanik bestimmt bekanntlich das Verhalten von Atomen, Elektronen und Photonen. Jahrzehntelang war es eine offene Frage, wie groß ein System sein kann, um dennoch echtes Quantenverhalten wie das Tunneln zwischen klassisch verbotenen Zuständen oder diskrete, quantisierte Energieniveaus zu zeigen. Das Nobelkomitee würdigte eine Reihe von Experimenten aus den 1980er Jahren, die diese Effekte in einem elektrischen Schaltkreis nachwiesen, der groß genug war, um ihn in der Hand zu halten – ein entscheidender Schritt, um Quantenphänomene in technischen Geräten nutzbar zu machen. (nobelprize.org)

Was die Preisträger konkret getan haben

Das Trio führte Messungen an Schaltkreisen durch, die um einen Josephson-Kontakt herum aufgebaut waren – eine dünne Isolierschicht, die zwischen zwei Supraleitern eingebettet ist. Wenn sie auf Millikelvin-Temperaturen abgekühlt werden, weisen diese Bauelemente kollektive Freiheitsgrade auf – im Wesentlichen Schaltkreisvariablen –, die sich wie Quantenteilchen verhalten. Die Experimente zeigten, dass der Schaltkreis von einem Zustand ohne Spannung in einen Zustand mit endlicher Spannung tunneln kann und dass dieselben Bauelemente Mikrowellen nur bei diskreten Energien absorbierten, was quantisierte Niveaus offenbarte. Diese Beobachtungen bestätigten, dass makroskopische elektrische Schaltkreise dieselben Quantenregeln befolgen können, von denen man einst glaubte, sie seien auf Atome beschränkt. (sciencenews.org)

Von der Laborkuriosität zu Qubits

Dieser Sprung von der Demonstration zur Anwendung macht die Arbeit so folgenreich. Dieselbe Physik, die in den Experimenten mit Josephson-Kontakten genutzt wurde, bildet das Fundament für supraleitende Qubits, jene winzigen schaltkreisbasierten Quantenbits, die von vielen Forschungsgruppen und Unternehmen verwendet werden. Supraleitende Qubits kodieren Quanteninformationen in kollektiven elektrischen Variablen eines Schaltkreises; sie beruhen auf der Fähigkeit, diskrete Energieniveaus zu erzeugen und zu steuern sowie kohärente Superpositionen lange genug für Berechnungen aufrechtzuerhalten. Kurz gesagt: Die Preisträger wandelten eine konzeptionelle Möglichkeit in praktische Hardware-Prinzipien um. (nobelprize.org)

Wege durch die Jahrzehnte

Nach den ersten Beobachtungen entwickelte sich das Feld durch stetige Verfeinerungen weiter: bessere Materialien, optimierte Fertigung und geniale Schaltkreisdesigns, die die Kohärenzzeiten verlängerten und Zwei-Qubit-Gatter ermöglichten. John Martinis blieb eine zentrale Figur in der praktischen Entwicklung supraleitender Quantenprozessoren und leitete später ein vielbeachtetes Projekt zum Nachweis der „Quantenüberlegenheit“ (quantum advantage) – jener Punkt, an dem ein Quantengerät eine Aufgabe löst, die für klassische Supercomputer unerreichbar ist. Michel Devoret verschob weiterhin die Grenze zwischen grundlegenden Experimenten und technischer Quantenhardware und trug zu Techniken zur Steuerung und Messung supraleitender Schaltkreise bei. Auch John Clarkes frühe Präzisionsexperimente und die Entwicklung von Detektoren beeinflussten den Werdegang des Fachgebiets. Zusammen spannen ihre Beiträge den Bogen von der Grundlagenphysik bis hin zu Technologien, die sich heute in der kommerziellen Entwicklung befinden. (sciencenews.org)

Wo das Quantencomputing heute steht

Supraleitende Qubits sind einer von mehreren führenden Hardware-Ansätzen. Sie haben zunehmend komplexe Algorithmen, Verschränkung über Dutzende von Qubits hinweg und gezielte Demonstrationen von Rechenaufgaben gezeigt, die für klassische Maschinen schwierig sind. Dennoch bleiben erhebliche Hindernisse: Aktuelle Geräte sind fehleranfällig, die Qubit-Zahlen müssen um Größenordnungen steigen, und eine Fehlerkorrektur wird notwendig sein, um viele nützliche Anwendungen zuverlässig auszuführen. Die mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Entdeckungen etablierten das Hardware-Paradigma, aber die Skalierung dieser Hardware zu fehlertoleranten Allzweck-Quantencomputern ist eine technologische und wissenschaftliche Herausforderung, die noch andauert. (theguardian.com)

Breitere Auswirkungen: Sensoren, Kryptographie und mehr

Über die reine Rechenleistung hinaus haben die aus diesen Experimenten hervorgegangenen Techniken hochempfindliche Detektoren und Sensoren ermöglicht – zum Beispiel supraleitende Bauelemente, die winzige Magnetfelder detektieren, mit Anwendungen von der Grundlagenphysik bis zur medizinischen Bildgebung. Der Aufstieg von Quantenprozessoren hat auch die Aufmerksamkeit auf die Cybersicherheit gelenkt: Leistungsstarke Quantenmaschinen könnten eines Tages herkömmliche Public-Key-Verschlüsselungen gefährden, was die weltweite Arbeit an quantenresistenter Kryptographie beschleunigt. In der Nobelpreis-Begründung wurde ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Entdeckungen der Laureaten Möglichkeiten für Quantenkryptographie, Sensoren und Computer eröffnet haben. (nobelprize.org)

Was die Auszeichnung über das Fachgebiet aussagt

Ein Nobelpreis würdigt nicht nur eine Entdeckung, sondern auch deren langfristige Bedeutung. Die Verleihung des Preises für makroskopisches Quantentunneln bestätigt, dass der Übergang von einer fundamentalen Kuriosität zu einer technologischen Plattform – die weltweit in Laboren und Start-ups Früchte trägt – eine der prägenden wissenschaftlichen Entwicklungen des späten 20. und frühen 21. Jahrhunderts ist. Die Entscheidung unterstreicht auch, wie Fortschritte in der experimentellen Steuerung und der Kryotechnik die Möglichkeiten der Quantenwissenschaft neu definiert haben. (nobelprize.org)

Offene Fragen und der Weg in die Zukunft

Selbst mit der Anerkennung durch den Nobelpreis ist das Feld noch lange nicht ausgereift. Zu den zentralen Forschungsbereichen gehören die Verbesserung der Kohärenzzeiten, die Entwicklung skalierbarer und effizienter Fehlerkorrekturverfahren, die Verfeinerung von Materialien und Fertigung zur Verringerung von Verlusten und Rauschen sowie die Suche nach „Killer-Applikationen“, bei denen Quantenprozessoren klassische Alternativen in wirtschaftlich bedeutsamer Weise übertreffen. Der Fortschritt beschleunigt sich, aber die Übertragung der Physik eines Josephson-Kontakts in ein weit verbreitetes, fehlertolerantes Quantencomputing wird anhaltende Anstrengungen in Wissenschaft, Industrie und nationalen Laboren erfordern.

Abschließende Gedanken

Der Nobelpreis für Physik 2025 feiert eine Reihe von Experimenten, die das Verständnis der Quantenmechanik von einer abstrakten Theorie über die mikroskopische Welt hin zu einer Technologieplattform verändert haben, die technisch konstruiert, skaliert und vermarktet werden kann. Dieser Wandel – der Nachweis von Quantentunneln und quantisierter Energie in Schaltkreisen, die man in der Hand halten kann – ist einer der Eckpfeiler des heutigen Quanten-Ökosystems. Während Forscher die nächsten technischen Probleme angehen, wird die Arbeit der Preisträger ein grundlegendes Kapitel in der Geschichte bleiben, wie die Quantenphysik vom Gedankenexperiment zum Bauelement wurde.