Dinge, die mehrere Zustände gleichzeitig haben können. Objekte, die einander beeinflussen, egal wie weit entfernt sie voneinander sind. Teilchen, die durch Wände gehen. „Das klingt alles ein bisschen wie Science-Fiction“, gibt Eva López Rojo zu. „Aber das ist wirklich real.“ Die Spanierin ist fasziniert von der Quantenphysik. Schon als Schülerin stieß sie auf das Thema und war wie gebannt. „In der Quantenphysik existieren zahlreiche Phänomene, die unseren Alltagsvorstellungen widersprechen und oft schwer zu begreifen sind.“ Genau das sei aber ein immenser Ansporn für ihre Forschung. Daniel Lozano Gómez und Hannah Price nicken, wenn die 25-Jährige all das erzählt. Sie wissen nur allzu gut, was Eva meint. Eva und Hannah sind Doktorandinnen am Exzellenzcluster „Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien“ an der TU Dresden, kurz ct.qmat. Daniel ist dort Postdoc und stammt ursprünglich aus Kolumbien, Hannah aus den USA. Dass sie nun alle drei in Dresden nach neuartigen Materialien suchen, die die Technologie von morgen revolutionieren könnten, ist kein Zufall. „Es gibt auf der Welt nur wenige Orte, die für unser Forschungsthema die besten Voraussetzungen bieten“, erklärt Daniel. Dresden sei einer davon.

Im Jahr 2019 wurde ct.qmat gegründet, unter dessen Dach Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Dresden und der Universität Würzburg gemeinsam forschen. Heute ist es ein international führendes Zentrum für die Erforschung von Quantenmaterie. „Hier arbeiten zu können, stand ganz oben auf meiner Wunschliste“, fügt Daniel hinzu. Nach der Promotion in Kanada kam der heute 29-Jährige nach Sachsen und schaffte es hier ins Hallwachs-Röntgen Postdoc Programm. Im Anschluss an eine Promotion richtet es sich an Forscher, die später selbst eine Arbeitsgruppe leiten wollen.

Damit beschäftigt sich die Forschung

Daniel beschäftigt sich bei seiner Arbeit mit sogenannten Spinflüssigkeiten. Diese speziellen Materialien haben besondere magnetische Eigenschaften. Mit ihnen könnte man Information transportieren, ohne auch nur ein einziges Elektron zu bewegen. Weltweit fahnden Forscher danach. Für neuartige Elektronik oder den Quantencomputer der Zukunft hätte das große Vorteile. Daniel versteht gut, wenn das für einige zu fantastisch klingt. „Wir beschäftigen uns mit Dingen, die mit alltäglichen Vorstellungen nicht zu verstehen sind“, gibt er zu. „Aber bei unserer Arbeit sehen wir, dass solche wunderbaren Sachen existieren.“

Hannah Price vergleicht ihre Arbeit bei ct.qmat mit dem Lösen eines Puzzles – eines großen Puzzles mit sehr vielen Teilen. In Dresden gäbe es an der TUD sowie an anderen Hochschulen und Instituten viele Menschen, die sich gern solchen Rätseln stellen. Das mache die Atmosphäre hieraus. „Es gibt so viele Menschen und Gruppen, die zu den unterschiedlichsten Themen forschen“, sagt die 27-Jährige. Von diesem Wissen vor Ort profitiere auch ct.qmat. Hannah hat sich auf Weyl-Halbmetalle spezialisiert. In diesen Materialien verhalten sich Elektronen sehr ungewöhnlich. Sie bewegen sich wie massenlose Teilchen, ähnlich den Photonen im Licht. „Solch eine Eigenschaft ist nützlich bei der Entwicklung neuartiger Technologien“, sagt die US-Amerikanerin.

Auch Eva beschäftigt sich in ihrer Forschung mit Weyl-Halbmetallen und der Interaktion von Elektronen in ihnen. Dabei schaut sie sich vor allem an, zu welchen Effekten diese Wechselwirkungen führen, zum Beispiel dazu, dass ein Material dadurch magnetisch wird. „Moderne Quantentechnologien funktionieren ganz anders als die jetzige Elektronik, die wir nutzen“, erklärt die Spanierin. Silizium, aktuell unter anderem in Halbleitern und Computerchips verbaut, wäre häufig ungeeignet. „Wir brauchen also neue Materialien, die das können.“

Excellenzcluster am Standort Dresden

Über 260 junge Nachwuchswissenschaftler arbeiten im Moment am Exzellenzcluster, 120 davon am Standort Dresden, der Rest an der Universität Würzburg. Sie alle sind Teil der Quantum Matter Academy von ct.qmat. Sie ist Anlaufstelle für die Masterstudierenden, Doktoranden und Postdocs und bietet ihnen ein wichtiges Netzwerk. „Wir können an vielen Veranstaltungen, wie etwa Kongressen, ganz einfach teilnehmen“, beschreibt Daniel. Der Austausch mit anderen und das Netzwerken seien immens wichtig, um auch im eigenen Forschungsthema voranzukommen – und um später einen Job zu finden.

Hannah und Daniel könnten sich durchaus vorstellen, dafür auch in Dresden zu bleiben. „Aber natürlich musst du als Wissenschaftler auch immer schauen, wo es die besten Ressourcen für deine Arbeit gibt“, fügt der Kolumbianer hinzu. Für Eva ist es aktuell noch schwer zu sagen, wohin es sie beruflich zieht. „Ich werde sehen, was die Zeit bringt.“ In einem Punkt sind sich die drei jedoch einig: Egal, wo sie später arbeiten werden – die Zeit bei ct.qmat wird prägend für sie gewesen sein. Erst im Frühjahr 2024 feierte das Exzellenzcluster die 1000. Publikation in anerkannten Fachmagazinen. Diese Zahl steht für die Leistungsfähigkeit der gemeinsamen Forschungsarbeit in Dresden und Würzburg. Sie zeigt den Ehrgeiz der zahlreichen Wissenschaftler, die Geheimnisse der Quantenphysik zu entschlüsseln. „Quantenphysik ist wie das Erlernen einer neuen Sprache“, erklärt Daniel. Es brauche Zeit, um diese Sprache perfekt zu können. „Aber du hast immer wieder Aha-Momente und verstehst Dinge plötzlich besser. Genau das ist unsere Motivation.“