PSI (Paul Scherrer Institut)

PSI (Paul Scherrer Institut) steht heute sinnbildlich für die Schnittstelle von fundamentaler Quantenphysik, hochentwickelter Großforschungsinfrastruktur und anwendungsnaher Technologieentwicklung. In einer Zeit, in der Quantencomputer, Quantenkommunikation und Quantenmaterialien von visionären Konzepten zu strategischen Zukunftstechnologien geworden sind, nimmt das PSI eine doppelte Rolle ein: Es ist zugleich Grundlagenlabor für neue Quantenphänomene und technischer Motor für konkrete quantentechnologische Plattformen.

Das Besondere am PSI ist die Verbindung von extrem leistungsfähigen Großanlagen – Synchrotron, Spallationsquelle, Freie-Elektronen-Laser, Myonenquellen – mit einer stark interdisziplinären Forschungskultur. Hier arbeiten Physikerinnen und Physiker, Materialwissenschaftler, Chemiker, Ingenieure und Datenwissenschaftler zusammen, um Quantenmaterialien zu verstehen, neuartige Quantensensoren zu entwickeln und die physikalische Basis künftiger Quantenprozessoren und Quantennetzwerke auszubauen.

Quantentechnologie ist dabei kein isoliertes Themenfeld, sondern zieht sich wie ein roter Faden durch viele Forschungsbereiche des PSI: von der Untersuchung supraleitender und topologischer Materialien über präzise Messungen von Magnetismus und Spin-Dynamik bis hin zu ultraschneller Quantenoptik im Röntgen- und Terahertz-Bereich. Genau diese Breite macht das Institut zu einem Knotenpunkt im europäischen und globalen Quantenökosystem.

Gleichzeitig fungiert das PSI als nationale Forschungsinfrastruktur der Schweiz und als europäische Nutzeranlage. Forschende aus aller Welt kommen, um mit hochspezialisierten Messmethoden Einblicke in komplexe quantenmechanische Systeme zu gewinnen, die an keinem anderen Ort in dieser Kombination verfügbar sind. Damit trägt das Institut maßgeblich dazu bei, dass Quantenforschung nicht nur in Theoriekreisen stattfindet, sondern sich an realen, messbaren Systemen orientiert – mit direkten Konsequenzen für Quantencomputer, Quantensensorik und Quantenkommunikationssysteme der nächsten Generation.

Vor diesem Hintergrund ist das PSI weit mehr als ein klassisches Forschungsinstitut: Es ist ein hochdynamischer Knoten in einem Netzwerk aus Universitäten, Technischen Hochschulen, Industriefirmen und internationalen Großforschungszentren, der die Entwicklung der Quantentechnologie in Europa entscheidend mitprägt.

Überblick über die Rolle nationaler Großforschungszentren

Nationale Großforschungszentren sind die Schwergewichte der wissenschaftlichen Infrastruktur eines Landes. Sie betreiben Anlagen, die so komplex, teuer und spezialisiert sind, dass sie weder von einzelnen Universitäten noch von einzelnen Firmen getragen werden können. Synchrotronstrahlungsquellen, Neutronenquellen, Freie-Elektronen-Laser, Hochfeldmagnetlabore oder große Teilchenbeschleuniger sind typische Beispiele für solche Großgeräte.

In der klassischen Forschungsgeschichte waren solche Zentren häufig auf Kernphysik oder Teilchenphysik fokussiert. Heute jedoch haben sie sich zu vielseitigen Plattformen entwickelt, die Themen von der Materialwissenschaft über die Chemie und Biologie bis hin zur Medizin und den Quantentechnologien abdecken. Die Schlüsselidee: Man bündelt Ressourcen, Know-how und Infrastruktur, um Experimente zu erlauben, die sonst technisch oder finanziell nicht realisierbar wären.

Gerade für die Quantentechnologie sind Großforschungszentren wie das PSI unverzichtbar, weil viele relevante Fragestellungen extrem anspruchsvolle Messmethoden erfordern. Beispiele sind:

• Beobachtung von Quantenphasenübergängen in exotischen Magneten mit Neutronenstreuung.
• Untersuchung von Elektronenbandstrukturen topologischer Materialien mit hochauflösender Photoemissionsspektroskopie.
• Verfolgung von ultraschnellen quantenmechanischen Dynamiken im Femtosekundenbereich mit Freie-Elektronen-Lasern.
• Charakterisierung von Supraleitern und Quantenmaterialien mit Myon-Spin-Rotation, um lokale Magnetfelder auf atomaren Skalen zu erfassen.

Solche Messungen erfordern nicht nur einzigartige Strahlquellen, sondern auch spezialisierte Detektoren, Hochpräzisionskryotechnik, komplexe Vakuumsysteme und Hochleistungsrechner für die Auswertung der enormen Datenmengen. Nationale Großforschungszentren bündeln diese Technologien und stellen sie der Wissenschaftsgemeinschaft zur Verfügung.

Darüber hinaus spielen sie eine strategische Rolle: Sie sind Katalysatoren für Kooperationen zwischen Universitäten, Fachhochschulen und Industrie. Junge Forschende sammeln dort Erfahrung mit State-of-the-Art-Methoden, etablierte Gruppen nutzen die Anlagen für Schlüsselprojekte, und Unternehmen können frühzeitig Zugang zu neuen Technologien und Materialien gewinnen, die später in Produkte und Anwendungen münden.

In diesem Gefüge ist das PSI eines der großen europäischen Zentren, das die Rolle eines integrativen Players übernimmt: Es öffnet seine Infrastruktur für externe Nutzende, treibt eigene, langfristig angelegte Forschungsprogramme voran und verbindet beide Welten in einem Ökosystem, das gerade für Quantentechnologien ideal ist.

Warum das PSI eine Schlüsselrolle in Europas Quantenökosystem spielt

Dass das PSI eine Schlüsselrolle im europäischen Quantenökosystem einnimmt, liegt an einer Kombination aus einzigartiger Infrastruktur, starker wissenschaftlicher Expertise und einer klaren strategischen Ausrichtung auf Zukunftstechnologien.

Zum einen besitzt das PSI eine Dichte und Vielfalt an Großanlagen, die speziell für quantenrelevante Fragestellungen prädestiniert sind: eine leistungsstarke Synchrotronquelle, eine Spallationsneutronenquelle, spezialisierte Myonenquellen und einen modernen Freie-Elektronen-Laser. Diese Infrastruktur ist nicht nur isoliert leistungsfähig, sondern in der Summe ideal, um Quantenphänomene aus unterschiedlichen Perspektiven zu untersuchen: strukturell, dynamisch, magnetisch, elektronisch und zeitaufgelöst.

Zum zweiten ist das PSI in ein dichtes Netzwerk führender Forschungsinstitutionen eingebettet. Es arbeitet eng mit Universitäten und Technischen Hochschulen zusammen und ist an europäischen Verbundprojekten, etwa im Rahmen großer Quanteninitiativen, beteiligt. Dadurch wird das Institut zu einem Treffpunkt und Verstärker: Erkenntnisse, die am PSI gewonnen werden, fließen direkt in internationale Diskurse, in theoretische Modellbildungen und in technologische Roadmaps ein.

Zum dritten verfolgt das PSI eine klare Strategie, Quantentechnologie nicht nur als physikalisches Grundlagengebiet, sondern auch als Technologieplattform zu verstehen. Die Erforschung und Optimierung von Quantenmaterialien für supraleitende Qubits, die Entwicklung neuartiger Quantensensoren oder die Untersuchung topologischer Zustände mit potenzieller Relevanz für fehlertolerante Quanteninformation sind keine zufälligen Einzelprojekte, sondern gezielt aufgebaute Forschungslinien.

Hinzu kommt die Funktion des PSI als Ausbildungshub im Quantenbereich. Doktorandinnen, Postdocs und junge Forschende aus vielen Ländern werden hier an experimentelle Spitzenmethoden herangeführt. Sie lernen, wie man komplexe Quantensysteme präpariert, misst, modelliert und interpretiert – und tragen dieses Wissen später in die akademische Welt oder in forschungsintensive Unternehmen. So wirkt das PSI nicht nur über seine wissenschaftlichen Publikationen, sondern auch über seine Alumni direkt in das europäische Quantenökosystem hinein.

In Summe entsteht ein Bild: Das PSI ist nicht einfach nur ein weiterer Forschungsstandort, sondern ein zentrales Bindeglied zwischen Theorie, Experiment, Technologieentwicklung und Ausbildung im Feld der Quantentechnologie.

Historische Entwicklung – vom Nuklearforschungszentrum zum High-Tech-Quantum-Hub

Die Geschichte des PSI spiegelt die Entwicklung der Naturwissenschaften im 20. und 21. Jahrhundert wider. Ursprünglich stark von der Kernforschung geprägt, hat sich das Institut im Laufe der Jahrzehnte kontinuierlich neu ausgerichtet und seine Expertise in den Dienst neuer wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Herausforderungen gestellt.

In der frühen Phase standen klassische Themen der Kernphysik, Reaktorforschung und Strahlenphysik im Vordergrund. Man baute und betrieb Reaktoren und Beschleuniger, um fundamentale Eigenschaften von Materie zu erforschen und Anwendungen im Energie- und Medizinbereich zu erschließen. Gleichzeitig wurden schon damals Methoden entwickelt, die später für die Forschung an Quantenmaterialien entscheidend wurden, etwa Neutronenstreutechniken und Präzisionsmessungen von magnetischen Eigenschaften.

Mit der wachsenden Bedeutung von Materialwissenschaften, Halbleitertechnologie und später Nanotechnologie verschob sich der Fokus: Die vorhandenen Beschleuniger und Quellen wurden zunehmend genutzt, um Kristallstrukturen, elektronische Zustände und magnetische Ordnungen zu untersuchen. Aus einem primär nuklear orientierten Forschungszentrum wurde Schritt für Schritt ein interdisziplinäres Material- und Strukturforschungszentrum.

Der eigentliche Übergang zum High-Tech-Quantum-Hub vollzog sich, als klar wurde, dass viele der am PSI verfügbaren Methoden ideal dafür geeignet sind, neue quantenmechanische Phasen der Materie zu identifizieren und zu charakterisieren. Neutronenstreuung wurde zum Werkzeug, um Quantenmagnetismus und Spin-Liquids zu analysieren, Synchrotronstrahlung erlaubte hochauflösende Blicke in elektronische Bandstrukturen, und Myonenexperimente lieferten einzigartige Informationen über lokale Magnetfelder und Supraleitung.

Mit dem Aufbau moderner Großanlagen wie einer dritten Generation von Synchrotronstrahlungsquellen und später eines Freie-Elektronen-Lasers wurde das PSI endgültig zu einem Zentrum, das Quantenphänomene nicht nur statisch, sondern auch in ihrer zeitlichen Dynamik untersuchen kann. Plötzlich war es möglich, Phasenübergänge, Ladungsdichtewellen oder das Aufbrechen und Wiederentstehen supraleitender Zustände auf Femtosekunden-Skalen zu verfolgen.

Parallel dazu entwickelte sich eine Forschungsstrategie, die die klassischen Stärken des Instituts – Präzisionsmessungen, Großanlagen, interdisziplinäre Teams – bewusst auf die wachsende Quantenlandschaft ausrichtete. So ist aus einem Kernforschungszentrum des 20. Jahrhunderts ein modernes, hochintegriertes Quantentechnologiezentrum geworden, das im 21. Jahrhundert eine entscheidende Rolle für Europas wissenschaftliche und technologische Souveränität im Quantenbereich spielt.

Das PSI im Überblick

Das PSI (Paul Scherrer Institut) ist eines der bedeutendsten multidisziplinären Forschungszentren Europas und bildet einen zentralen Pfeiler der Schweizer und europäischen Wissenschaftslandschaft. Das Institut verbindet einzigartige Großanlagen mit einer klaren strategischen Ausrichtung auf Materialwissenschaften, Photonik, Energieforschung und insbesondere Quantentechnologien. In diesem Kapitel wird das PSI als Institution greifbar: seine geografische Verankerung, seine Mission, seine Organisationsstruktur und seine internationale Einbettung.

Standort, Forschungsauftrag und Mission

Das PSI liegt im Kanton Aargau, eingebettet zwischen den Gemeinden Villigen und Würenlingen. Die Region wurde bewusst gewählt: eine stabile geologische Umgebung, gut zugängliche Verkehrsinfrastruktur und genügend Raum für Forschungsanlagen, die langfristige Planungssicherheit benötigen. Von hier aus betreibt das PSI einige der leistungsfähigsten wissenschaftlichen Großgeräte Europas, darunter die Swiss Light Source (SLS), die Swiss Spallation Neutron Source (SINQ), die Swiss Muon Source (SμS) und den Freie-Elektronen-Laser SwissFEL.

Der Forschungsauftrag des PSI umfasst drei zentrale Elemente:

• Grundlagenforschung auf höchstem Niveau – insbesondere in der Physik und den Materialwissenschaften.
• Entwicklung von Schlüsseltechnologien in Bereichen mit hohem gesellschaftlichem Nutzen, darunter Energie, Gesundheit und Quantentechnologien.
• Betrieb und Ausbau von Großforschungsanlagen, die national und international für die Wissenschaftsgemeinschaft verfügbar sind.

Die Mission des Instituts spiegelt einen langfristigen, visionären Ansatz wider: wissenschaftliche Exzellenz mit technologischer Relevanz zu verbinden. Dabei spielt der Bereich Quantentechnologie eine zunehmend dominante Rolle. Das PSI verfolgt das Ziel, Quantenmaterialien und quantenbasierte Messmethoden zu verstehen, neue quantentechnische Plattformen zu entwickeln und zugleich die physikalischen Grundlagen der Quantenmechanik mit hoher Präzision zu erforschen.

Diese Mission zeigt sich im täglichen Betrieb: Spitzenforschung, internationale Kooperationen, ein starker Fokus auf Ausbildung und eine kontinuierliche Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Infrastruktur. Das PSI versteht sich als Motor für Innovation und wissenschaftlichen Fortschritt – sowohl regional als auch global.

Struktur, Abteilungen und strategische Schwerpunkte

Die organisatorische Struktur des PSI ist auf Interdisziplinarität ausgelegt. Anstatt isolierter Fachabteilungen entwickelt das Institut thematische Forschungscluster, die mehrere wissenschaftliche Disziplinen miteinander verbinden. Vier große wissenschaftliche Divisionen bilden das Rückgrat der Struktur.

Jede Division trägt spezifische wissenschaftliche Kompetenzen, arbeitet aber in zahlreichen Projekten eng mit den anderen Bereichen zusammen. Die strategischen Schwerpunkte orientieren sich an technologischen Zukunftsfeldern: Quantenmaterialien, neuartige Diagnostikmethoden, nachhaltige Energiesysteme, Strahlenphysik, Beschleunigertechnologien und hochpräzise Messtechniken.

Die folgenden Unterkapitel geben einen vertieften Einblick in die vier Kern-Divisionen des PSI.

Photon Science Division

Die Photon Science Division ist die zentrale Einheit für Forschung mit Synchrotronstrahlung und Freie-Elektronen-Lasern. Sie betreibt und entwickelt die SLS sowie den SwissFEL. Die Division fokussiert sich auf:

• Hochauflösende Spektroskopie und Diffraktion, um elektronische Bandstrukturen, magnetische Ordnungen und strukturelle Eigenschaften von Materialien auf atomaren Skalen zu untersuchen.
• Ultraschnelle Experimente, bei denen Prozesse im Bereich von Femtosekunden verfolgt werden können – ideal für das Studium quantendynamischer Vorgänge.
• Quantenmaterialforschung, etwa zu topologischen Isolatoren, Supraleitern und Ladungsdichtewellen.
• Photonenwissenschaftliche Methodenentwicklung, beispielsweise neuartige Röntgenoptiken oder neuartige Detektoren.

Die Photon Science Division bildet eine Schlüsselkomponente der quantentechnologischen Forschung am PSI, da sie Werkzeuge bereitstellt, die elektronische Quantenphänomene direkt sichtbar machen.

Nuclear Energy and Safety Division

Die Nuclear Energy and Safety Division ist historisch aus der klassischen Kernforschung hervorgegangen und besitzt auch heute noch zentrale nationale Aufgaben. Sie beschäftigt sich mit:

• Reaktorsicherheit und Kernmaterialwissenschaften
• Strahlenphysik und Radiochemie
• Entsorgungsforschung und Langzeitsicherheit radioaktiver Materialien

Auch wenn diese Division auf den ersten Blick weniger quantentechnologisch erscheint, liefert sie wichtige Grundlagen für Präzisionsmessmethoden, Strahlenquellen-Engineering und Detektortechnologien – allesamt essenziell für Quantensensorik, Materialanalytik und supraleitende Systeme.

In der Quantentechnologie sind insbesondere zwei Bereiche relevant:

• Entwicklung hochreiner Materialien, die für supraleitende und topologische Systeme benötigt werden.
• Strahlenbasierte Charakterisierungsmethoden, die zur Analyse von Defekten, Ionenimplantation und Quantenzuständen im Festkörper beitragen.

Research with Neutrons and Muons Division

Die Research with Neutrons and Muons Division ist eine der international renommiertesten Einheiten des PSI und bildet das Herzstück der Quantenmaterialforschung. Ihre beiden zentralen Großanlagen – SINQ und SμS – sind weltweit führend und ermöglichen fundamentale Einblicke in magnetische und supraleitende Quantenzustände.

Die wichtigsten Forschungsfelder umfassen:

• Neutronenstreuung, um magnetische Anregungen, Spin-Dichte-Wellen, Skyrmionengitter oder Quantenphasenübergänge zu untersuchen.
• Muon Spin Rotation (μSR), eine Methode, die lokale Magnetfelder extrem präzise misst und besonders wertvoll für Supraleiter und Spinflüssigkeiten ist.
• Quantenmagnetismus, inklusive Studien an Frustrationsgittern, Quanten-Spin-Ketten, Dimer-Systemen und Quantenkritikalität.
• Präzisionsmessungen fundamentaler physikalischer Parameter, etwa Magnetmomente oder asymmetrische Zerfallsparameter.

Diese Division ist ein globaler Magnet für Forschende, die exotische Quantenphasen der Materie erkunden wollen. Dank ihrer hochspezialisierten Instrumente ist die Abteilung eine der tragenden Säulen der quantentechnologischen Forschung am PSI.

Advanced Technologies, Materials & Quantum Systems

Diese Division ist der innovationsgetriebene Teil des PSI und stark auf zukünftige Technologieplattformen ausgerichtet. Sie verbindet Materialwissenschaft, Nanotechnologie, Kryotechnik, Messtechnik und Quantenphysik.

Wesentliche Schwerpunkte:

• Entwicklung neuer Quantenmaterialien, darunter Supraleiter, topologische Isolatoren, 2D-Materialien und hybride Systeme.
• Aufbau von Quantensystemen und Prototypen, beispielsweise für Quantensensorik und Quantenkommunikation.
• Nanofabrikation, einschließlich Lithografie, geordnete Defektstrukturen und Oberflächenmodifikation für Qubit-Chips.
• Kryogene Messtechnik, notwendig für supraleitende Qubits und hochempfindliche Quantensensoren.
• Interfacing zwischen Quantenhardware und photonischen oder elektronischen Umgebungen.

Diese Division repräsentiert den Übergang von Grundlagenexperimenten zu technologischen Anwendungen – ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu praxistauglichen Quantentechnologien.

Internationale Kooperationen – CERN, ETH Zürich, IBM Research Zürich, EU-Quantum-Flagship

Das PSI ist tief in internationale Forschungsstrukturen eingebettet. Kooperationen bilden einen wesentlichen Bestandteil seiner Mission und ermöglichen dem Institut, Ergebnisse und Expertise global zu skalieren.

Die wichtigsten Partner sind:

• CERN: gemeinsame Entwicklungen in Teilchenphysik, Beschleunigertechnologie, Detektoren und Präzisionsmessungen.
• ETH Zürich & EPFL: enge akademische Partnerschaften, gemeinsame Professuren, Doktorandenprogramme, Quantenmaterialprojekte und theoretische Modellierungen.
• IBM Research Zürich: Kooperationen in den Bereichen supraleitende Qubits, Materialreinheit, Defektcharakterisierung und Quantensimulation.
• EU Quantum Flagship: PSI fungiert als Schlüsselpartner in mehreren europäischen Konsortien zu Sensorik, simulierten Quantensystemen und photonischen Quantenplattformen.

Diese Vernetzung macht das PSI zu einem europäischen Hub: Erkenntnisse aus Villigen fließen direkt in europäische Roadmaps, Standardisierungsprozesse und Konsortialprojekte ein. Gleichzeitig profitiert das Institut von Zugang zu Theorieteams, Materialplattformen und Industrienetzwerken, die es allein nicht in dieser Breite erreichen könnte.

PSI als zentrale Forschungsinfrastruktur für Europa

Das PSI ist weit mehr als eine nationale Schweizer Einrichtung – es ist eine europäische Forschungsdrehscheibe. Jedes Jahr reisen Tausende von Forschenden aus Universitäten, High-Tech-Unternehmen und Forschungsinstituten an, um Experimente durchzuführen, die in ihrer Komplexität und Präzision nur hier möglich sind.

Folgende Eigenschaften machen das PSI zu einer zentralen europäischen Infrastruktur:

• Einzigartige Kombination aus Großanlagen: kein anderes Zentrum weltweit vereint Synchrotron, Spallationsquelle, Myonenquelle und Freie-Elektronen-Laser in dieser Dichte.
• Offene Nutzerpolitik: externe Forscherinnen und Forscher können Strahlzeit beantragen und erhalten Zugang zu modernsten Messinstrumenten.
• Technologische Exzellenz: viele der Messmethoden werden am PSI nicht nur genutzt, sondern auch weiterentwickelt – ein Motor der Innovation.
• Ausbildungszentrum: Doktorandenprogramme, Postdocstellen und Schulungsplattformen machen das PSI zu einem Kernstandort für die Ausbildung der nächsten Generation an Quantum Engineers.
• Europäische Integration: das PSI ist aktiver Teil europäischer Netzwerke für Großforschung, darunter die League of European Accelerator-Based Photon Sources (LEAPS) und zahlreiche EU-geförderte Projekte.

Für die Quantentechnologien bedeutet dies: Das PSI ist ein Ort, an dem Grundlagenphysik, experimentelle Spitzenforschung und technologische Entwicklung ineinandergreifen. Es bildet eine zentrale Brücke zwischen Theorie und Anwendung – und trägt so entscheidend dazu bei, Europas Position im globalen Wettbewerb um Quantenkompetenz zu stärken.

Quantentechnologische Forschungsfelder am PSI

Das PSI ist eines der führenden Zentren weltweit, wenn es um die Erforschung und Charakterisierung von Quantensystemen geht. Die Einrichtungen, Methoden und Expertenteams des Instituts ermöglichen es, Quantenphänomene aus verschiedenen Perspektiven zu untersuchen: strukturell, dynamisch, magnetisch, optisch und mit höchster Präzision. Das folgende Kapitel führt in die wichtigsten quantentechnologischen Forschungsfelder ein, die am PSI entwickelt und betrieben werden.

Quantenmaterialien

Quantenmaterialien sind Stoffe, deren makroskopische Eigenschaften von kollektiven quantenmechanischen Effekten geprägt sind. Dazu gehören Supraleiter, Spinflüssigkeiten, topologische Isolatoren oder 2D-Materialien wie Graphen. Das PSI kombiniert modernste Großanlagen mit hochauflösenden Messmethoden, um die Struktur, Dynamik und Wechselwirkungen dieser Materialien zu untersuchen.

Supraleiter mit topologischen Eigenschaften

Supraleitung ist eines der bekanntesten Quantenphänomene. Supraleiter verlieren unterhalb einer kritischen Temperatur ihren elektrischen Widerstand, ein Effekt, der sich über makroskopische Distanzen erstreckt. Besonders spannend sind jedoch topologische Supraleiter, bei denen zusätzlich zu den klassischen Cooper-Paaren topologisch geschützte Zustände auftreten. Diese können beispielsweise Majorana-ähnliche Quasiteilchen generieren, die für fehlertolerante Quantencomputer relevant sind.

Am PSI werden solche Materialien mithilfe von Neutronenstreuung, Photoemissionsspektroskopie, Muonenmessungen und Röntgenmethoden untersucht. Dabei geht es unter anderem um:

• die Identifizierung topologischer Oberflächenzustände
• die Wechselwirkung zwischen Elektronenpaarbildung und Spinstruktur
• die Untersuchung lokaler Magnetfelder mittels P_\mu(t)–Signalen aus μSR-Experimenten
• die Dynamik supraleitender Lückenfunktionen

Die Kombination aus Photon-, Neutron- und Myonmessungen ermöglicht eine multidimensionale Charakterisierung dieser hochkomplexen Systeme. Gerade für die topologiegetriebene Quanteninformatik liefert das PSI damit zentrale experimentelle Daten.

Spin-Liquids und magnetische Frustration

Spin-Liquids sind exotische Quantenphasen, in denen magnetische Momente selbst bei extrem niedrigen Temperaturen nicht einfrieren, sondern in einem dynamischen Zustand verbleiben. Diese Phasen entstehen häufig in sogenannten frustrierten Systemen, beispielsweise in Dreiecks- oder Kagome-Gittern, in denen die Spins keine energetisch eindeutige Ausrichtung finden.

Am PSI gehören die Untersuchung solcher Spin-Liquids und frustrierter Magneten zu den international führenden Forschungsbereichen. Neutronenstreuung ist hierbei die Schlüsseltechnik, da sie direkten Zugang zu Spin-Korrelationen und Anregungsspektren bietet. Typische Messgrößen umfassen die dynamische Suszeptibilität \chi''(Q,\omega), die räumliche Spin-Korrelation S(Q) und niederenergetische Anregungen.

Diese Forschung ist wichtig, weil Spin-Liquids:

• potenzielle Plattformen für Quantenbits darstellen
• emergente Quasiteilchen wie Spinons oder Visons besitzen
• Modellbeispiele für topologische Ordnungen liefern

Das PSI verfügt über mehrere Instrumente, die speziell für diese Materialklasse optimiert sind – darunter cold-neutron-Spektrometer und hochauflösende Triple-Axis-Instrumente.

2D-Materialien und Heterostrukturen

2D-Materialien wie Graphen, Übergangsmetall-Dichalkogenide (TMDs) oder Van-der-Waals-Heterostrukturen sind ideal geeignet, um quantenmechanische Effekte gezielt zu manipulieren. Ihre elektronischen Eigenschaften, Bandstrukturen und topologischen Merkmale können durch Schichtdicke, Drehwinkel oder Dotierung präzise eingestellt werden.

Das PSI untersucht diese Materialien unter anderem mithilfe von:

• Nano-Röntgenmikroskopie
• Photoemissionsspektroskopie
• Röntgenbeugung in speziellen Oberflächengeometrien
• ultraschneller Röntgenlaserspektroskopie (SwissFEL)

Ziel ist die Analyse von Quantenphasen, das Verständnis von Ladungstransport und die Identifikation neuer Zustände wie Moiré-Supraleitung oder magnetische Ordnungen in 2D-Heterostrukturen. Diese Ergebnisse sind entscheidend für die Entwicklung neuartiger Qubit- und Quantensensorik-Plattformen.

Quantenmagnetismus

Quantenmagnetismus beschreibt magnetische Systeme, in denen die quantenmechanische Natur der Spins eine dominierende Rolle spielt. Dazu gehören frustrierte Magneten, Quanten-Spin-Ketten, Spin-Dimer-Systeme oder magnetische Phasen in topologischen Materialien.

Präzisionsneutronenstreuung zur Untersuchung magnetischer Quantenzustände

Neutronenstreuung ist eines der leistungsfähigsten Werkzeuge zur Untersuchung von magnetischen Quantenzuständen. Neutronen tragen ein magnetisches Moment und wechselwirken daher direkt mit den Spins eines Materials. Am PSI stehen mehrere hochspezialisierte Instrumente zur Verfügung, die:

• Spin-Korrelationen in Impulsraum Q und Energie \omega auflösen
• niederenergetische kollektive Anregungen sichtbar machen
• langreichweitige und kurzreichweitige magnetische Ordnungen unterscheiden können

Diese Methoden ermöglichen es, Quantenphasenübergänge und Quantenkritikalität präzise zu vermessen. Sie helfen auch, theoretische Modelle wie den Heisenberg-Hamiltonian H = \sum_{i,j} J_{ij} \mathbf{S}_i \cdot \mathbf{S}_j experimentell zu validieren.

Magnon-Dispersionsrelationen und Quantenanregungen

Magnonen sind die elementaren Anregungen in magnetischen Systemen – das magnetische Analogon zu Phononen in Kristallgittern. Ihre Dispersionsrelationen \omega(k) geben Auskunft über die Stärke und Geometrie der magnetischen Kopplungen.

Am PSI wird die Magnon-Dispersionsmessung genutzt, um:

• Wechselwirkungen in Quantenmagneten zu bestimmen
• Dimensionalität und Topologie magnetischer Systeme zu analysieren
• emergente quasiteilchenartige Anregungen wie Spinons oder Magnon-Bound-States zu identifizieren

Diese Informationen sind essenziell, um die physikalische Basis für spinbasierte Quantentechnologien zu schaffen.

Relevanz für Quantencomputing und Spintronik

Quantenmagnetische Systeme spielen eine wichtige Rolle für zukünftige Quantenhardware:

• Spinbasierte Qubits können in magnetischen Nanostrukturen oder Defektzentren entstehen.
• Magnonen können als informationstragende Quasiteilchen in spintronischen Architekturen dienen.
• Topologische magnetische Zustände sind potenzielle Plattformen für robuste Qubits.

Durch die Forschung am PSI werden die Grundlagen solcher Systeme experimentell validiert und weiterentwickelt.

Quantenoptik und Photonik

Quantenoptik am PSI nutzt die außergewöhnlich intensiven Photonenquellen des Instituts – besonders die Swiss Light Source und den SwissFEL – um Licht-Materie-Wechselwirkungen in quantenmechanischen Regimen zu untersuchen.

Nutzung intensiver Synchrotronstrahlung für kohärente Quantenzustände

Die Synchrotronstrahlung liefert kohärente Photonen, die ideal für spektroskopische Studien sind. Am PSI werden damit unter anderem untersucht:

• elektronische Bandstrukturen in topologischen Materialien
• Phasenübergänge in Supraleitern
• Ladungs- und Spinfluktuationen
• kollektive Quantenphänomene in niedrigdimensionalen Systemen

Durch kohärente Röntgenbeugung lassen sich sogar nanoskalige Inhomogenitäten sichtbar machen, die für Quantenvielteilcheneffekte typisch sind.

Laserbasierte Quantenexperimente am SwissFEL

Der SwissFEL ist ein Freie-Elektronen-Laser, der ultrakurze Röntgenpulse im Femtosekundenbereich erzeugt. Damit lassen sich quantendynamische Prozesse in Echtzeit beobachten. Beispiele:

• das Aufbrechen supraleitender Paare
• ultraschnelle Bandstrukturdynamik
• Nichtgleichgewichtszustände in 2D-Materialien
• die zeitliche Entwicklung magnetischer Ordnung

Die Fähigkeit, Prozesse mit einer zeitlichen Auflösung von 10^{-15},\text{s} zu erfassen, macht den SwissFEL zu einem weltweit einzigartigen Werkzeug für Quantendynamik.

Muon Spin Rotation (μSR) – ein weltweit einzigartiger Zugang zu Quantenzuständen

μSR ist eine Spezialtechnik, die mithilfe von positiv geladenen Myonen lokale Magnetfelder im Inneren eines Materials misst. Diese Methode ist besonders empfindlich und ideal geeignet, um Supraleitung, Magnetismus oder Spinflüssigkeiten zu charakterisieren.

Grundlagen der μSR-Technik

Myonen dienen in μSR-Experimenten als magnetische Sonden. Sie werden in ein Material eingebracht und präzedieren dort in Abhängigkeit vom lokalen Magnetfeld. Die Zerfallsprodukte der Myonen erlauben es, die Zeitabhängigkeit dieser Präzession zu messen.

Die grundlegende Größe ist die Polarisation P_\mu(t), aus der magnetische Felder und deren Fluktuationen bestimmt werden können.

Anwendungen für Supraleiter, magnetische Ordnungen und Quantenspinflüssigkeiten

μSR ist besonders wertvoll für:

• die Bestimmung der Penetrationstiefe in Supraleitern
• die Identifikation lokaler magnetischer Ordnungen
• die Analyse von Spinfluktuationen in Spin-Liquids
• die Untersuchung von Ladungs- und Magnetordnungsübergängen

Da μSR direkt lokale Felder misst, liefert es Ergebnisse, die mit Neutronen- oder Röntgenverfahren kaum zugänglich sind.

Warum μSR für die globale Quantenforschung unverzichtbar ist

Das PSI beherbergt die weltweit leistungsstärkste kontinuierliche Myonenquelle. Dadurch ist das Institut ein globales Zentrum für μSR-Forschung. Kein anderer Standort bietet eine ähnliche Kombination aus:

• hoher Myonenintensität
• spezialisierten Detektoren
• extrem breitem Temperatur- und Magnetfeldbereich
• Expertise in Datenanalyse und theoretischen Modellen

Die μSR-Forschung des PSI ist daher ein Eckpfeiler vieler globaler Arbeiten im Bereich Quantenmaterialien.

Quantensensorik und Metrologie

Quantensensorik nutzt quantenmechanische Effekte, um physikalische Größen mit höchster Präzision zu messen. Am PSI werden verschiedene Plattformen für Quantensensoren und Präzisionsmessungen entwickelt.

Nutzung supraleitender Detektoren

Supraleitende Detektoren wie Transition-Edge-Sensoren oder kinetische Induktivitätsdetektoren ermöglichen extrem empfindliche Messungen von Photonen, Teilchen oder magnetischen Feldern. Sie basieren auf quantenmechanischen Effekten wie:

• Cooper-Paar-Bildung
• quantisierter Fluss (\Phi_0 = h / 2e)
• supraleitender Induktivität

Diese Detektoren werden am PSI entwickelt und in photonischen und neutronspektroskopischen Experimenten eingesetzt.

Atomare und molekulare Präzisionsmessungen

Durch den Einsatz hochpräziser Spektroskopie lassen sich fundamentale Konstanten und quantenmechanische Übergänge in Atomen und Molekülen bestimmen. Das PSI nutzt dazu unter anderem:

• Laser-Kühltechniken
• Ionentrapping
• Übergangsspektroskopie mit hoher Frequenzauflösung

Solche Messungen tragen zur Verbesserung von Modellen wie dem quantenelektrodynamischen Hamiltonian bei.

PSI-Beiträge zur Quantenmetrologie in Europa

Das PSI gehört zu den führenden europäischen Zentren für Quantenmetrologie und trägt zu Standards bei, die für Quantentechnologien essenziell sind:

• Stabilität und Reinheit von Materialien
• Präzise Messverfahren für Magnetismus und Supraleitung
• neue Methoden zur Charakterisierung quantenmechanischer Vielteilchensysteme

Damit bildet das Institut einen wichtigen Baustein für die europäische strategische Unabhängigkeit im Quantenbereich.

Schlüssel-Großanlagen des PSI mit Relevanz für die Quantentechnologie

Die wissenschaftliche Leistungsfähigkeit des PSI beruht wesentlich auf seinen Großanlagen – einzigartigen Infrastrukturplattformen, die weltweit nur an wenigen Standorten existieren. Diese Anlagen ermöglichen Messmethoden, die für das Verständnis und die technologische Nutzung von Quantensystemen unverzichtbar sind. In diesem Kapitel werden die vier zentralen Forschungsanlagen vorgestellt, die das PSI zu einem globalen Zentrum der Quantentechnologie machen: die Swiss Light Source (SLS), der SwissFEL, die Swiss Spallation Neutron Source (SINQ) und die Swiss Muon Source (SμS).

SLS – Swiss Light Source

Die SLS ist eine der modernsten Synchrotronstrahlungsquellen weltweit. Sie erzeugt extrem intensive, kohärente und hochfokussierte Röntgenstrahlung – ein unverzichtbares Werkzeug für die Erforschung von Quantenmaterialien. Mit ihren zahlreichen Beamlines können Forschende elektronische Strukturen, magnetische Phasen, nanoskalige Inhomogenitäten und zeitaufgelöste Prozesse untersuchen.

Synchrotronstrahlung für Quantenmaterialforschung

Synchrotronstrahlung ist eine ideale Messgröße für die Untersuchung komplexer Quantenphänomene in Festkörpern. Am PSI wird sie genutzt, um:

• elektronische Bandstrukturen topologischer Materialien zu kartieren
• Fermi-Flächen supraleitender und magnetischer Systeme zu erfassen
• Ladungsdichtewellen und orbitalgeordnete Zustände zu charakterisieren
• strukturelle Verzerrungen und Symmetriebrechungen zu identifizieren

Die Photoemissionsspektroskopie (ARPES) gehört zu den wichtigsten Methoden. Sie liefert präzise Informationen über die Energieverteilung der Elektronen und erlaubt eine experimentelle Rekonstruktion von Dispersionsrelationen E(k).

Auch resonante Röntgenstreumethoden spielen eine zentrale Rolle, da sie Element-spezifisch Magnetismus und elektronische Ordnung sichtbar machen können.

Dank der hohen Brillanz der SLS lassen sich selbst feinste Details quantenmechanischer Vielteilchensysteme erfassen. Dies ist entscheidend für die Entwicklung neuartiger Quantenmaterialien und zukünftiger Qubit-Systeme.

Nanoimaging, Spektroskopie, ultraschnelle Prozesse

Ein weiterer Vorteil der SLS ist ihre Fähigkeit, Techniken aus der Nano- und Zeitdomäne zu kombinieren. Dazu gehören:

• Nano-Röntgenmikroskopie zur Abbildung von Strukturen im Bereich von 10–20 nm
• Röntgenabsorptionsspektroskopie zum Studium lokaler elektronischer Zustände
• zeitaufgelöste Pump-Probe-Experimente, bei denen Quantendynamiken in Sub-Pikosekunden beobachtet werden

Solche Methoden erlauben es, dynamische Prozesse wie:

• Aufbrechen von Ladungsdichtewellen
• Bildung magnetischer Domänen
• ultraschnelle Relaxation topologischer Zustände

in Echtzeit zu messen. Die SLS ist damit ein unverzichtbarer Baustein für die Entwicklung von Quantentechnologien, die auf dynamischen Materialien basieren.

SwissFEL – Freie-Elektronen-Laser

Der SwissFEL ist eine der modernsten und leistungsfähigsten Quellen für ultrakurze Röntgenpulse weltweit. Er produziert Femtosekundenpulse mit hoher Kohärenz, die es ermöglichen, quantendynamische Prozesse direkt zu beobachten – eine Fähigkeit, die für die Untersuchung schneller Quantenvorgänge essenziell ist.

Kohärente Röntgenpulse für Quantendynamik

Die kohärente Strahlung des SwissFEL liefert perfekte Bedingungen für Experimente, in denen die zeitliche Entwicklung von Quantenzuständen untersucht wird. Dazu gehören:

• dynamische Prozesse in Supraleitern
• das Verhalten kollektiver Anregungen
• schnelle Änderungen magnetischer Ordnungen
• ultraschnelle Veränderungen der elektronischen Bandstruktur

Femtosekunden-Röntgenpulse ermöglichen es, Zustände zu beobachten, die nur während extrem kurzer Zeitintervalle existieren. In vielen Fällen werden diese Zustände durch äußere Anregung erzeugt, z. B. durch einen optischen Pumpimpuls. Der SwissFEL fungiert dann als zeitlich präzise Messsonde.

Die Fähigkeit, zeitliche Dynamiken von 10^{-15},\text{s} zu erfassen, macht den SwissFEL zu einem einzigartigen Werkzeug für die Quantentechnologie – insbesondere für Forschung an nichtgleichgewichtigen Quantenzuständen.

Erforschung quantenmechanischer Übergänge in Femtosekunden-Auflösung

Eine der Stärken des SwissFEL ist die Möglichkeit, Phasenübergänge oder quantenmechanische Umschaltprozesse direkt zu beobachten. Beispiele:

• das Schließen und Wiederöffnen supraleitender Energielücken
• Photoinduzierte Phasenübergänge in Ladungsdichtewellen
• magnetische Antwortfunktionen unter intensiver Laseranregung
• nichtlineare Licht-Materie-Wechselwirkungen in 2D-Materialien

Diese Prozesse lassen sich über die Analyse von spektralen und strukturellen Veränderungen untersuchen. Modelle wie die zeitabhängige Schrödinger-Gleichung i\hbar \frac{\partial}{\partial t} \Psi(t) = H(t)\Psi(t) dienen als theoretische Grundlage zur Interpretation der Messergebnisse.

Die Forschung am SwissFEL liefert entscheidende Erkenntnisse darüber, wie Quantensysteme manipuliert werden können – ein zentraler Schritt zur Kontrolle quantenmechanischer Zustände für Anwendungen in Quantencomputing, Quantensensorik und photonischen Quantennetzwerken.

SINQ – Swiss Spallation Neutron Source

Die SINQ ist die einzige kontinuierlich arbeitende Spallationsneutronenquelle der Welt. Sie stellt hochintensive Neutronenstrahlen für die Untersuchung magnetischer, struktureller und dynamischer Eigenschaften von Materialien zur Verfügung.

Neutronenstreuung für magnetische und strukturelle Quantensysteme

Neutronenstreuung ist eine der wichtigsten Methoden zur Untersuchung magnetischer Quantensysteme. Neutronen besitzen ein Spinmoment und wechselwirken damit direkt mit magnetischen Momenten im Material. Am PSI wird Neutronenstreuung eingesetzt, um:

• magnetische Ordnungen zu identifizieren
• Spin-Korrelationen in Impulsraum Q zu messen
• magnetische Phasenübergänge zu charakterisieren
• strukturelle Verzerrungen zu analysieren, die durch Quanteneffekte beeinflusst werden

Durch die Möglichkeit, Intensität, Energie und Polarisation der Neutronen exakt zu steuern, lassen sich hochkomplexe Systeme mit großer Präzision untersuchen.

Untersuchung kollektiver Anregungen

Ein weiterer Forschungsfokus liegt auf kollektiven Anregungen – spezifisch:

• Magnonen
• Spinons
• Phononen in quantenmechanisch gekoppelten Systemen
• Hybridanregungen wie Magnon-Phonon-Kopplungen

Instrumente wie Triple-Axis-Spektrometer oder Neutronen-Spin-Echo-Messplätze erlauben es, Dispersionsrelationen \omega(k) mit hoher Auflösung zu bestimmen.

Diese Daten sind für die Modellierung quantenmechanischer Vielteilchensysteme unverzichtbar und bilden die Grundlage für den Vergleich mit theoretischen Modellen des Heisenberg-, Hubbard- oder Kitaev-Hamiltonians.

SμS – Swiss Muon Source

Die Swiss Muon Source ist die weltweit leistungsstärkste kontinuierliche Quelle für Myonen. Myonen sind ideale Sonden für lokale magnetische Felder und dynamische Spinprozesse.

Einzigartige μSR-Messungen

Die μSR-Technik basiert auf dem Einbringen polariserter Myonen in ein Material, die dort präzedieren und schließlich zerfallen. Die Polarisation P_\mu(t) liefert Informationen über:

• lokale Magnetfelder
• deren Fluktuationen
• statische oder dynamische magnetische Ordnungen
• supraleitende Flussliniengitter
• Temperaturen, bei denen Phasenübergänge auftreten

Da μSR extrem empfindlich ist, können selbst winzige magnetische Signaturen detektiert werden, die mit anderen Methoden verborgen bleiben.

PSI als global führendes Zentrum für Muonenforschung

Das PSI beherbergt Instrumente, die höchste Präzision, variable Temperaturbereiche und extrem starke Magnetfelder ermöglichen. Dies macht das Institut zu einem internationalen Zentrum für:

• Supraleiterforschung
• Untersuchungen von Spin-Liquids
• Experimente zu topologischen Magnetzuständen
• präzise Tests fundamentaler physikalischer Theorien

Die Kombination aus intensiver Myonenquelle und spezialisierter Detektion hat das PSI zu einer globalen Plattform für μSR gemacht.

Die Rolle dieser Anlagen im europäischen Quantum Flagship

Das europäische Quantum Flagship bündelt die strategischen Kräfte Europas im Bereich Quantentechnologie. Das PSI und seine Großanlagen sind dabei zentrale Pfeiler. Die Anlagen tragen zu mehreren Kernzielen bei:

• Entwicklung neuer Quantenmaterialien
• Charakterisierung quantenmechanischer Zustände
• Aufbau von Hardware für Quantencomputer
• Etablierung von Standards in der Quantenmetrologie
• Förderung europäischer Kooperationen

Die SLS, SwissFEL, SINQ und SμS ermöglichen experimentelle Einsichten und Validierungen, die für europäische Quantenprojekte entscheidend sind. Das PSI fungiert hier als ein wissenschaftliches Fundament, auf dem viele europäische Forschungsprogramme und industrielle Innovationsinitiativen aufbauen.

Damit ist das PSI nicht nur ein nationales Zentrum, sondern ein strategischer Baustein der europäischen Vision eines technologisch souveränen Quantenökosystems.

PSI und Quantensimulation

Quantensimulation ist ein zentraler Baustein der modernen Quantentechnologie. Ziel ist es, komplexe quantenmechanische Systeme durch andere, kontrollierbare Quantensysteme nachzubilden. Dadurch werden Phänomene zugänglich, die theoretisch nur schwer lösbar sind – etwa strongly correlated electrons, frustrierte Magnetismen oder topologische Zustände.

Das PSI spielt eine bedeutende Rolle in der quantensimulativen Forschung, insbesondere durch seine hochpräzisen experimentellen Plattformen. Diese ermöglichen es, reale Materialsysteme als natürliche Quantensimulatoren zu nutzen und experimentelle Daten für theoretische Modelle bereitzustellen, die für zukünftige Quantencomputerarchitekturen relevant sind.

Nutzung ultrakalter Neutronen und magnetischer Systeme

Ultrakalte Neutronen und magnetische Festkörpersysteme gehören zu den faszinierendsten Plattformen für Quantensimulation am PSI.

Ultrakalte Neutronen (UCN) sind extrem langsame Neutronen mit Energien von typischerweise unter 300,\text{neV}. Durch ihre geringe Geschwindigkeit lassen sie sich in magnetischen oder materiellen Flaschen einschließen, was präzise Experimente über lange Zeiträume ermöglicht. Sie sind ideal geeignet für:

• Tests fundamentaler physikalischer Symmetrien
• Untersuchungen von quantisierten Energieniveaus in magnetischen und gravitativen Potenzialen
• Simulation quantenmechanischer Zeitentwicklung in kontrollierten Potenziallandschaften

Die quantenmechanische Bewegung ultrakalter Neutronen kann durch extern aufgebrachte Felder gezielt manipuliert werden. Modelle wie der quantenmechanische Hamiltonian eines Gravitationstopfmodells H = \frac{p^2}{2m} + mgz lassen sich experimentell realisieren und hochgenau studieren.

Gleichzeitig dienen magnetische Quantensysteme – insbesondere Quanten-Spin-Ketten, Dimer-Systeme und frustrierte Gitter – als natürliche Quantensimulatoren. Die Neutronenstreuung am PSI ermöglicht es, deren Dynamik präzise zu rekonstruieren:

• Spin-Korrelationen in realen Materialien entsprechen oft direkt modellhaften Hamiltonians.
• Übergänge zwischen verschiedenen Quantenphasen können experimentell verfolgt werden.
• Dynamische Anregungen wie Spinons oder Magnonen lassen sich sichtbar machen und mit theoretischen Vorhersagen vergleichen.

In solchen Systemen wird Quantensimulation zum Werkzeug, mit dem sich theoretisch schwer zugängliche Vielteilchenprobleme untersuchen lassen.

Realisierung modellhafter Hamiltonians in Festkörpern

Ein herausragendes Merkmal der PSI-Forschung ist die Fähigkeit, reale Festkörper als exakte experimentelle Realisierungen theoretischer Modelle zu nutzen. Modelle wie:

• der Heisenberg-Hamiltonian H = \sum_{i,j} J_{ij} \mathbf{S}_i \cdot \mathbf{S}_j
• der Hubbard-Hamiltonian H = -t \sum_{\langle i,j \rangle} (c_i^\dagger c_j + \text{h.c.}) + U \sum_i n_{i\uparrow} n_{i\downarrow}
• der Ising-Hamiltonian H = -J \sum_{\langle i,j \rangle} S_i S_j - h \sum_i S_i

finden sich in bestimmten Materialien nahezu 1:1 wieder.

Durch gezielte Synthese von Materialien, z. B. mit geometrischer Frustration oder kontrollierter Ladungsträgerdichte, können am PSI experimentelle Systeme geschaffen oder untersucht werden, die direkt diesen Hamiltonians entsprechen.

Der Vorteil solcher Festkörper-Quantensimulatoren:

• Sie arbeiten bei realen Energien, echten thermischen Umgebungen und physikalischen Feldern.
• Ihre Anregungsspektren können experimentell hochpräzise gemessen werden.
• Übergänge wie Quantenspinflüssigkeiten oder Mott-Übergänge lassen sich direkt beobachten.

Damit wird der Festkörper selbst zur Hardware eines Quantensimulators.

PSI-Beiträge zu Quanten-Ising-Modellen, Hubbard-Modellen und Topologie

Am PSI wurden und werden zahlreiche Modellmaterialien untersucht, die exemplarisch für fundamentale quantenmechanische Hamiltonians stehen. Die Kombination aus Neutronenstreuung, μSR, Synchrotronmethoden und SwissFEL-Dynamik ermöglicht eine einmalige Tiefe der Analyse.

Ising-Modelle: Materialien mit stark anisotropen magnetischen Kopplungen entsprechen oft effektiven Ising-Systemen. Am PSI werden solche Materialien genutzt, um:

• Phasenübergänge im transverse-field-Ising-Modell zu untersuchen
• Quantenkritikalität experimentell zu vermessen
• dynamische exponentielle Relaxationen zu bestimmen

Hubbard-Modelle: Übergangsmetalloxide, 2D-Heterostrukturen und Mott-Isolatoren sind direkte materialbasierte Realisierungen des Hubbard-Modells. Mit ARPES und Resonant Inelastic X-ray Scattering (RIXS) lässt sich:

• der Übergang zwischen Mott-Phase und Metallphase verfolgen
• die Stärke der Korrelation U/t bestimmen
• dynamische Ladungs- und Spin-Anregungen messen

Topologische Modelle: Durch die Untersuchung topologischer Isolatoren, topologischer Magneten und Supraleiter trägt das PSI zur experimentellen Bestätigung von:

• Berry-Phasen
• topologischen Randzuständen
• Majorana-artigen Quasiteilchen
• quantisierten Transportphänomenen

Experimentelle Methoden wie Photoemissionsspektroskopie und μSR ergänzen theoretische Modelle zur Robustheit topologischer Zustände.

Damit liefert das PSI entscheidende Beiträge zu den zentralen quantenmechanischen Modellen, die auch die theoretische Basis zukünftiger Quantencomputer bilden.

Kooperationen mit theoretischen Gruppen (ETH Zürich, EPFL)

Quantensimulation lebt vom Wechselspiel zwischen Experiment und Theorie. Die Nähe des PSI zu zwei führenden theoretischen Zentren – der ETH Zürich und der EPFL – schafft ein ideales Umfeld.

Kooperationsbeispiele:

• ETH Zürich – Theoretische Physik: Arbeiten zu Spinmodellen, Quantenkritikalität, Many-Body-Theorien und numerischen Simulationen von Hubbard- und Heisenberg-Systemen. PSI-Experimente dienen als Validierung dieser Modelle und liefern realistische Parameter für Simulationen.
• EPFL – Quantum Matter Theory & Quantum Engineering: Fokus auf topologische Phasen, Quantenoptik, supraleitende Schaltkreise und Nichtgleichgewichtsdynamiken. Der SwissFEL bietet hier eine ideale Grundlage, um theoretisch vorhergesagte Dynamiken experimentell zu prüfen.
• Interdisziplinäre Cluster zwischen PSI, ETH und EPFL schaffen Forschungsprogramme, die Materialdesign, Präzisionsmessungen und theoretische Modellierung nahtlos verbinden.

Diese Zusammenarbeit führt zu einer fruchtbaren Co-Evolution: Theorie inspiriert Experimente, und Experimente korrigieren oder erweitern theoretische Modelle. Dadurch entstehen quantensimulatorische Plattformen, die weltweit Maßstäbe setzen.

Mit diesen Forschungsfeldern leistet das PSI einen fundamentalen Beitrag zur globalen Quantensimulationslandschaft und liefert Bausteine, die für die nächste Generation quantentechnologischer Anwendungen unverzichtbar sind.

Materialforschung für zukünftige Quantencomputer

Die Materialforschung ist einer der zentralen Grundpfeiler für die Entwicklung leistungsfähiger Quantencomputer. Die Eigenschaften der Materialien, aus denen Qubits bestehen – sei es supraleitende, ionische, photonische oder topologische Hardware – bestimmen maßgeblich deren Kohärenz, Fehlerraten und Skalierbarkeit.

Das PSI zählt in diesem Bereich zu den weltweit führenden Zentren. Mit modernsten Messmethoden, Großanlagen und einer starken Verzahnung mit theoretischen Gruppen bietet das Institut ideale Voraussetzungen, um Materialien für nächste Generationen von Quantenprozessoren zu untersuchen und gezielt weiterzuentwickeln.

Supraleitende Qubits und PSI-Materialuntersuchungen

Supraleitende Qubits sind aktuell eine der am weitesten entwickelten Plattformen für Quantencomputer. Sie basieren auf Josephson-Kontakten, bei denen quantisierte Phasen- und Ladungszustände genutzt werden, um die zwei Qubit-Zustände zu definieren. Die Performance dieser Systeme hängt extrem stark von der Materialreinheit, der Defektstruktur und der Oberflächenchemie ab.

Das PSI spielt hier eine Schlüsselrolle, da es in der Lage ist, die relevanten Eigenschaften supraleitender Materialien mit außergewöhnlicher Präzision zu analysieren.

Verlustmechanismen, Zwei-Niveau-Systeme (TLS) und Oberflächenrauigkeit

Einer der Hauptgründe für das Dekohärenzverhalten supraleitender Qubits sind sogenannte Zwei-Niveau-Systeme (TLS). Dabei handelt es sich um lokale quantenmechanische Defekte, die zwischen zwei Zuständen tunneln und Energie aus dem Qubitsystem aufnehmen oder abgeben können.

Typische Quellen solcher TLS sind:

• amorphe Oxidschichten auf Aluminium
• Fehlstellen oder Partikel an Grenzflächen
• unkontrollierte Oberflächenchemie
• nanometer-scale Rauigkeiten
• Wasserstoff- oder Sauerstoffeinlagerungen

Am PSI werden diese Verlustmechanismen untersucht, indem man verschiedene Messtechniken kombiniert:

• Röntgenabsorptionsspektroskopie, um atomare Bindungszustände auszulesen
• Photoemissionsspektroskopie, um Elektronenbandstrukturen zu untersuchen
• Neutronenstreuung, um strukturelle Defekte sichtbar zu machen
• μSR-Messungen, um lokale Magnetfelder zu analysieren, die TLS beeinflussen könnten

Der Energieverlust eines Qubits durch TLS kann modellhaft über eine effektive Verlustrate beschrieben werden: \Gamma_{\mathrm{TLS}} \propto \sum_i \frac{g_i^2}{\Delta_i^2 + \gamma_i^2} wobei g_i die Kopplung, \Delta_i die Verstimmung und \gamma_i die Linienbreite eines Defekts beschreiben.

Die Minimierung dieser Effekte ist ein zentraler Ansatz für die Entwicklung leistungsfähiger Qubits.

PSI-Beiträge zur Verbesserung der Qubit-Kohärenzzeiten

Dank präziser Materialanalysen und Oberflächencharakterisierungen hat das PSI maßgeblich zur Verbesserung der Kohärenzzeiten supraleitender Qubits beigetragen.

Zu den wichtigsten Erfolgsfaktoren gehören:

• Optimierung von Dünnfilmprozessen: Analyse von Aluminium- und Niob-Schichten, um Defekte zu reduzieren.
• Untersuchung der Oxidqualität: bei Josephson-Kontakten ist die Tunnelbarriere entscheidend; minimale Strukturdefekte erhöhen die Kohärenz.
• Charakterisierung von Substratmaterialien: insbesondere Silizium und Saphir, deren Reinheit von zentraler Bedeutung ist.
• Studien zur Wechselwirkung von Oberflächenmagnetismus und Qubit-Relaxation: μSR liefert hier entscheidende Einblicke.

Durch eine Kombination dieser Maßnahmen konnten in industriellen Kooperationen signifikante Verbesserungen der Relaxationszeit T_1 und der Phasenkohärenzzeit T_2 erreicht werden.

Fehlerkorrektur und Materialreinheit

Quantenfehlerkorrektur ist ohne extrem hochwertige Materialien kaum möglich. Viele fehlerkorrigierende Codes – wie der Surface Code – erfordern nicht nur logische Redundanz, sondern auch physische Qubits mit sehr niedrigen Fehlerraten.

Die Materialreinheit spielt eine entscheidende Rolle:

• Defekte erhöhen die Fehlerrate pro Gatteroperation
• Inhomogene Materialien erzeugen Dephasierung
• Magnetische Verunreinigungen können als Rauschquellen wirken
• Unkontrollierte Ladungsträgerdichten beeinflussen die Stabilität supraleitender Zustände

Das PSI untersucht und entwickelt daher:

• ultrareine Substrate
• kontrollierte Sauerstoff- und Wasserstoffkonzentrationen in Dünnfilmen
• Methoden zur Unterdrückung parasitärer Zweiphasenstrukturen
• Strategien zur Minimierung lokaler Magnetmomente

Viele dieser Arbeiten fließen direkt in die industrielle Umsetzung großer Scale-up-Projekte ein, die Hunderte oder Tausende Qubits anstreben.

Ionische und atomare Festkörperumgebungen für Quantenbits

Neben supraleitenden Qubits untersucht das PSI auch Festkörpersysteme, die sich als Träger für ionische oder atomare Qubits eignen. Beispiele:

• Farbzentren in Diamant (NV-Zentren)
• definierte Ionen in Kristallgittern
• paramagnetische Zentren in seltenen Erden
• Ionenfallen in mikrostrukturierten Festkörperchips

Die besonderen Vorteile dieser Systeme:

• hohe Kohärenzzeiten durch isolierte Elektronen- oder Kernspins
• integrierbare Festkörperplattformen
• Kompatibilität mit photonischer Vernetzung

Das PSI nutzt hierfür:

• Röntgenspektroskopie zur Untersuchung lokaler elektronischer Strukturen
• Neutronenmethoden zur Analyse kristalliner Umgebung
• μSR zur Untersuchung lokaler magnetischer Felder und Spinfluktuationen

Solche Messungen sind essenziell, um die Wechselwirkungen zwischen Qubit-Zuständen und Festkörperumgebungen zu verstehen.

PSI als Entwicklungspartner für industrielle Quantencomputing-Projekte

Das PSI arbeitet intensiv mit der Industrie zusammen und spielt eine wachsende Rolle als Entwicklungspartner für Material- und Hardwareplattformen für Quantencomputer.

Beispiele für industrielle Kooperationsfelder:

• Optimierung von Dünnfilmmaterialien für supraleitende Qubit-Chips
• Charakterisierung von Qubit-Chips nach industriellen Herstellungsprozessen
• Entwicklung neuer Messmethoden zur Qualitätskontrolle von Quantentechnologien
• Weitergabe von Expertise und Know-how über Magnetismus, Strahlenphysik und Materialwissenschaft

Zusätzlich fungiert das PSI als Bindeglied zwischen akademischer Forschung (ETH, EPFL) und industriellen Quantenlabors, indem:

• gemeinsame Projekte initiiert werden
• Nachwuchskräfte ausgebildet werden
• Materialien und Prozesse standardisiert und validiert werden

Damit trägt das PSI entscheidend zur technologischen Reife und industriellen Umsetzung von Quantencomputern bei.

Topologische Quantenzustände und PSI-Forschung

Topologische Quantenzustände gehören zu den faszinierendsten und vielversprechendsten Phänomenen der modernen Physik. Sie beruhen nicht auf klassischen Symmetriebrüchen, sondern auf der globalen, mathematischen Struktur der Wellenfunktionen quantenmechanischer Systeme. Das PSI zählt zu den weltweit führenden Forschungszentren, wenn es darum geht, diese Zustände experimentell zu untersuchen und ihre Eigenschaften für zukünftige Quantentechnologien nutzbar zu machen.

Die einzigartige Kombination aus Synchrotronstrahlung, fortgeschrittener Photoemissionsspektroskopie, Neutronenmethoden, μSR sowie ultraschneller Röntgenlaserspektroskopie macht das PSI zu einem idealen Ort, um topologische Phasen zu identifizieren, zu charakterisieren und dynamisch zu verfolgen.

Majorana-Zustände in Supraleiter-Halbleiter-Systemen

Majorana-Zustände sind Quasiteilchen, die ihre eigenen Antiteilchen darstellen. Sie entstehen in bestimmten topologischen Supraleitern, insbesondere in Hybridsystemen aus Halbleitern mit starker Spin-Bahn-Kopplung und angrenzenden Supraleitern.

Solche Systeme können durch den effektiven Bogoliubov-de-Gennes-Hamiltonian beschrieben werden: H_{\text{BdG}} = \left( \begin{array}{cc} H_0 - \mu & \Delta \ \Delta^\ast & -H_0^\ast + \mu \end{array} \right)

Unter geeigneten Bedingungen, wie magnetischer Feldstärke und chemischem Potenzial, können Majorana-Zustände an den Enden solcher Strukturen entstehen.

Das PSI untersucht diese Systeme auf mehreren Ebenen:

• Materialanalyse: Charakterisierung der Grenzflächenqualität zwischen Halbleitern (z.B. InSb oder InAs) und Supraleitern (typisch Al oder Nb).
• Quantenmaterialdiagnostik: Nutzung von ARPES und Röntgenmethoden, um elektronische Bandstrukturen zu bestimmen.
• Magnetische Feldmessungen: μSR zur Untersuchung lokaler Felder, die für die Stabilität topologischer Zustände entscheidend sind.
• Neutronenexperimente: Untersuchung magnetischer Effekte und Spintexturen, die Majorana-Zustände beeinflussen.

Diese Forschung ist relevant, weil Majorana-Moden als Grundlage für fehlertolerante, nicht abelsche Qubits dienen könnten – eine der vielversprechendsten Architekturen für robuste Quanteninformation.

Spin-Momentum-Locking in neuen Quantenmaterialien

Spin-Momentum-Locking beschreibt ein Phänomen, bei dem der Spin eines Elektrons fest an dessen Impuls gekoppelt ist. Dies ist typisch für topologische Isolatoren oder Materialien mit starker Spin-Bahn-Kopplung.

In solchen Systemen folgt der Spintextur oft einer Beziehung der Form: \mathbf{S}(k) \propto \hat{z} \times \mathbf{k} wobei die Richtung des Spins senkrecht zum Impuls steht.

Das PSI untersucht dieses Phänomen mithilfe von:

• Spin- und winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie, mit der sich die Spintextur der Oberflächenzustände direkt abbilden lässt.
• X-ray Magnetic Circular Dichroism (XMCD) zur Untersuchung von Spinpolarisation und lokaler Magnetisierung.
• Resonant Inelastic X-ray Scattering (RIXS), um dynamische Spinorbit-Wechselwirkungen sichtbar zu machen.

Spin-Momentum-Locking ist entscheidend für:

• verlustfreien Transport auf Oberflächen
• die Stabilität topologischer Randzustände
• die Entwicklung spintronischer Bauelemente
• die Kopplung an supraleitende Umgebungen

Am PSI wurden mehrere neue Materialklassen identifiziert, die potenziell als Plattformen für topologische Qubit-Technologien dienen können.

PSI-Beiträge zu experimentellen Evidenzen topologischer Zustände

Das PSI hat entscheidende experimentelle Beiträge zur Bestätigung topologischer Materiezustände geleistet. Die Kombination aus mehreren Messmethoden ist weltweit einzigartig:

ARPES (Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy) Ermöglicht die direkte Messung der elektronischen Bandstrukturen, etwa:

• Dirac-Kegel in topologischen Isolatoren
• topologisch geschützte Randzustände
• bandinversionstypische Signaturen

Neutronenstreuung Zum Nachweis magnetischer Strukturen, die topologische Phasen stabilisieren oder modulieren. Beispiele:

• nichtkollineare Magnettexturen
• spiralförmige oder skyrmionartige Konfigurationen

μSR Zum Nachweis lokaler magnetischer Felder oder zur Untersuchung ungewöhnlicher Relaxationsprozesse, die auf topologische Zustände hinweisen.

SwissFEL (ultraschnelle Dynamik) Zur Untersuchung nichtgleichgewichtiger topologischer Zustände:

• photoinduzierte Schaltprozesse
• ultraschnelle Bandstrukturänderungen
• transiente topologische Phasen

Ein besonders eindrucksvoller Bereich ist die Untersuchung von topologischen Magneten, in denen durch Neutronenmessungen topologisch geschützte Magnonenbänder identifiziert wurden.

Damit trägt das PSI maßgeblich dazu bei, topologische Modelle nicht nur theoretisch, sondern experimentell zu validieren.

Relevanz für Quantencomputing und Quantenkommunikation

Topologische Quantenzustände sind von erheblicher Bedeutung für die nächste Generation quantentechnologischer Plattformen. Ihre Robustheit gegenüber lokalen Störungen macht sie zu idealen Kandidaten für:

• fehlertolerante Qubit-Architekturen (z.B. Majorana-Qubits)
• topologische Spintronik
• robusten quantenmechanischen Transport
• Quantenkommunikation über topologische photonische Wellenleiter

Das PSI leistet Beiträge in mehreren Bereichen:

• Bereitstellung von Materialdaten für Majorana-Plattformen
• Untersuchung topologischer Magnonen, die als Informationsträger dienen könnten
• Erforschung topologischer Photonikmaterialien für verlustarme Quantenkommunikation
• dynamische Studien an topologischen Systemen zur Kontrolle und Manipulation von Zuständen

Zusammengenommen verstärken diese Arbeiten die strategische Bedeutung des PSI im globalen Wettlauf um topologisch basierte Quantenhardware.

Das Institut dient somit als wissenschaftlicher Motor für Konzepte, die langfristig Quantencomputer und Quanteninternet revolutionieren könnten.

Quantenkommunikation & PSI

Die Quantenkommunikation ist ein Schlüsselbereich moderner Quantentechnologie. Sie verspricht abhörsichere Informationsübertragung, neuartige Netzwerksysteme und langfristig den Aufbau eines vollständig quantenmechanischen Internets. Das PSI leistet hierzu bedeutende Beiträge – sowohl durch die Entwicklung neuartiger photonischer Materialien als auch durch die experimentelle Untersuchung quantenoptischer Phänomene und die Integration in europäische Großinitiativen.

Durch die einzigartige Kombination aus Synchrotronstrahlung, Freie-Elektronen-Laser, Quantenmaterialforschung und hochsensitiver Messtechnik nimmt das PSI eine zentrale Position in der europäischen Quantenkommunikationslandschaft ein.

Entwicklung neuer photonischer Materialien

Photonische Materialien stehen im Zentrum jeder quantenkommunikativen Plattform, da Photonen die bevorzugten Informationsträger für Quantennetzwerke sind. Sie sind schnell, interagieren schwach mit ihrer Umgebung und lassen sich über weite Distanzen übertragen.

Das PSI entwickelt und untersucht eine Vielzahl solcher Materialien:

Materialien für Einzelphotonenquellen

Einzelphotonenquellen sind essenziell für sichere Kommunikationsprotokolle wie die Quantenschlüsselverteilung. Das PSI charakterisiert Materialien und Strukturen wie:

• Quantenpunkte in Halbleitern
• Defektzentren in Diamant (z.B. NV- oder SiV-Zentren)
• seltene Erbium- oder Ytterbium-Ionen in Kristallgittern

Die photonischen Emissionen solcher Systeme werden mittels Synchrotron- und Laserstrahlung analysiert, um spektrale Reinheit, Linienbreite und Kohärenzzeiten zu optimieren.

Photonische Wellenleiter und integrierte Chips

Das PSI untersucht Materialien wie Siliziumnitrid, Lithiumniobat und Halbleiterheterostrukturen für:

• verlustarme photonische Schaltkreise
• Frequenzkonversion
• photonische Qubit-Verarbeitung

Durch Nanoimaging und Röntgenspektroskopie können Defekte, Inhomogenitäten und Grenzflächen optimiert werden.

Nichtlineare Quantenmaterialien

Für die Erzeugung von verschränkten Photonenzuständen benötigt man nichtlineare Materialien, etwa:

• nichtlineare Kristalle (PPKTP, BBO)
• elektro-optische Materialien
• photonische Topo-Isolatoren

Das PSI nutzt den SwissFEL, um die ultraschnelle Dynamik nichtlinearer Effekte zu untersuchen, die für die Generierung verschränkter Photonenpaare wesentlich sind.

Diese Arbeiten sind Grundlage für künftige Quantenkommunikationsgeräte, die sowohl in der Wissenschaft als auch in industriellen Anwendungen Verwendung finden.

PSI und die europäische Quantum-Internet-Initiative

Europa arbeitet aktiv an der Entwicklung eines eigenen Quantum Internets – eines Netzwerks, das Quanteninformationen über weite Strecken übertragen kann. Das PSI spielt darin eine zentrale Rolle.

Die Beiträge lassen sich in drei Hauptbereiche gliedern:

Material- und Komponentenentwicklung für Quantum Internet Nodes

Das PSI liefert die wissenschaftliche Grundlage für photonische und spinbasierte Quantenknoten, darunter:

• stabile Einzelphotonenquellen
• Schnittstellen zwischen spinbasierten Qubits und Photonen
• topologische photonische Materialien für robuste Übertragung

Teilnahme an EU-weiten Konsortien

Das PSI ist aktiver Teil verschiedener Projekte im Rahmen des europäischen Quantum Flagship, darunter Programme zu:

• Quantennetzwerktechnologien
• Quantenrepeater-Konzepten
• verschränkungsbasierter Fernkommunikation

Diese Projekte vernetzen das PSI mit führenden europäischen Universitäten und Technologieunternehmen.

Großanlagen als Entwicklungsplattform

Die photonischen Quellen des PSI ermöglichen Tests von Quanteninternet-Protokollen auf Materialebene:

• Erzeugung verschränkter Photonenpaare
• Charakterisierung von Quantenzuständen mittels Röntgen- und Lasermethoden
• Untersuchung kohärenter Licht-Materie-Wechselwirkungen

Durch diese experimentelle Infrastruktur wird das PSI zu einem wesentlichen Pfeiler der europäischen Strategie, ein unabhängiges und sicheres Quantum Internet aufzubauen.

Hardwarebasis für Quantenschlüsselverteilung (QKD)

Die Quantenschlüsselverteilung (Quantum Key Distribution, QKD) nutzt die Gesetze der Quantenmechanik, um absolut sichere Schlüssel auszutauschen. Das PSI arbeitet an mehreren Ebenen der QKD-Hardwareentwicklung.

Materialentwicklung für QKD-Sender und -Empfänger

Hochqualitative photonische Materialien sind entscheidend:

• stabile Einzelphotonenquellen mit niedriger Hintergrundemission
• photonische Modulatoren aus Siliziumnitrid oder Lithiumniobat
• hochempfindliche supraleitende Nanodraht-Detektoren (SNSPDs)

Das PSI untersucht die strukturellen und elektronischen Eigenschaften dieser Systeme bis auf atomare Skalen.

Rauschreduktion und Stabilität

Die Qualität von QKD hängt empfindlich von Verlusten und Rauschen ab. PSI-Forschung fokussiert auf:

• Minimierung von Defekten in photonischen Leitern
• Charakterisierung von Rauschanregungen in Materialien
• Untersuchung quantenmechanischer Störeinflüsse mittels μSR

Durch präzise Materialanalysen lassen sich Fehlerwahrscheinlichkeiten reduzieren und Reichweiten erhöhen.

Untersuchung von Quantenkanälen

Experimentelle Studien am PSI klären:

• wie Photonenzustände in Materialien propagieren
• welche Störeffekte durch Oberflächenrauhigkeiten entstehen
• wie sich Topologieeffekte für robustere Übertragung nutzen lassen

Integration in chipbasierte QKD-Systeme

Mit der wachsenden Miniaturisierung werden QKD-Systeme zunehmend auf Chips integriert. Das PSI untersucht und optimiert:

• photonische Mikroresonatoren
• On-Chip-Modulatoren
• integrierte supraleitende Detektoren

Solche Arbeiten tragen dazu bei, QKD-Systeme kompakter, günstiger und skalierbarer zu machen.

Mit diesen umfassenden Forschungsaktivitäten stärkt das PSI seine Rolle als führendes Zentrum in der europäischen Quantenkommunikation. Die dort entwickelten Materialien, Erkenntnisse und Technologien bilden die Grundlage für zukünftige Quanteninternet-Infrastrukturen und die sichere Informationsübertragung der nächsten Generation.

Persönlichkeiten und Pionierforschung am PSI

Die wissenschaftliche Exzellenz des PSI wäre ohne die Persönlichkeiten, die das Institut geprägt haben, nicht denkbar. Viele der heute international anerkannten Forschungsfelder – von Quantenmagnetismus über μSR bis hin zu Präzisionsmessungen fundamentaler Konstanten – tragen die Handschrift herausragender Forscherinnen und Forscher. Darüber hinaus fungiert das PSI als Ausbildungshub für die nächste Generation von Quantum Engineers und als wichtige Schnittstelle zwischen den Spitzenuniversitäten der Schweiz.

Forscher, die die Quantentechnologien des PSI geprägt haben

Das PSI ist Heimat zahlreicher Wissenschaftler, die in ihren jeweiligen Fachgebieten Pionierarbeit geleistet haben. Viele von ihnen haben Methoden entwickelt, die heute weltweit eingesetzt werden, oder Materialien entdeckt, die neue Quantentechnologie-Pfade eröffnet haben.

Klaus Kirch – Präzisionsmessungen, Neutronen & Fundamentalkonstanten

Klaus Kirch gehört zu den führenden Experten für Präzisionsmessungen mit ultrakalten Neutronen (UCN). Seine Arbeiten konzentrieren sich auf fundamentale Kräfte und Symmetrien der Natur. Besonders bedeutsam sind seine Beiträge zur experimentellen Bestimmung fundamentaler Konstanten und zum Test grundlegender physikalischer Prinzipien wie:

• Verletzung der CP-Symmetrie
• Dipolmomente von Neutronen
• Wechselwirkungen jenseits des Standardmodells

Kirchs Forschung nutzt oft quantenmechanische Zustände ultrakalter Neutronen, die in Potenzialen beschrieben werden durch den Hamiltonian H = \frac{p^2}{2m} + V(z).

Seine Arbeiten haben nicht nur fundamentale Bedeutung, sondern beeinflussen auch Quantenmetrologie und die Entwicklung hochpräziser quantenmechanischer Sensoren.

Andreas Suter – μSR-Spezialist

Andreas Suter ist einer der weltweit bekanntesten Experten im Bereich Muon Spin Rotation (μSR). Seine Beiträge haben die μSR-Technik maßgeblich geprägt und erweitert. Unter seiner wissenschaftlichen Führung wurden am PSI:

• neue μSR-Detektorsysteme entwickelt
• Messprotokolle für hohe Präzision etabliert
• Anwendungen auf Supraleiter, Spin-Liquids und topologische Magneten ausgeweitet

Suters Expertise ist entscheidend für das Verständnis lokaler Magnetfelder, die in Materialien auftreten und deren quantenmechanische Dynamik bestimmen.

Typische Messgrößen wie die zeitabhängige Polarisation P_\mu(t) werden von ihm und seinem Team mit außergewöhnlicher Genauigkeit analysiert.

Sein Beitrag hat die Swiss Muon Source (SμS) zum weltweit führenden Zentrum für Myonenforschung gemacht.

Henrik M. Rønnow – Quantenmagnetismus

Henrik M. Rønnow ist eine Schlüsselfigur auf dem Gebiet des Quantenmagnetismus. Er hat über viele Jahre hinweg grundlegende Erkenntnisse über:

• frustrierte Magneten
• Quanten-Spin-Ketten
• Dimer-Systeme
• Quantenkritikalität

gewonnen.

Mit Hilfe von Neutronenstreuung untersucht Rønnow dynamische Spin-Anregungen wie Magnonen oder Spinons, deren Dispersionsrelationen \omega(k) wertvolle Informationen über die zugrunde liegenden Hamiltonians liefern.

Seine Arbeit hat wesentlich dazu beigetragen, theoretische Modelle wie den Heisenberg-, Kitaev- oder Hubbard-Hamiltonian experimentell zu bestätigen.

Rønnow gilt heute als einer der führenden Experten für Quantenmagnetismus weltweit – und seine Forschung ist ein Grund, warum das PSI als Top-Institut für Quantenmaterialien gilt.

Gabriel Aeppli – Photon Science & Quantum Materials

Gabriel Aeppli ist international bekannt für seine Pionierarbeiten in der Photon Science und Quantenmaterialforschung. Er hat die Entwicklung photonischer Messmethoden am PSI maßgeblich geprägt und war eine treibende Kraft hinter dem Aufbau von Großanlagen wie dem SwissFEL und der Modernisierung der SLS.

Seine Schwerpunkte:

• Untersuchung elektronisch korrelierter Systeme
• Entwicklung neuartiger photonischer Charakterisierungsmethoden
• zeitaufgelöste Experimente an Quantenmaterialien
• Grundlagen ultraschneller Dynamiken

Aepplis Forschung ermöglicht es, komplexe Quantenzustände wie Ladungsdichtewellen, topologische Phasen oder nichtgleichgewichtige Supraleitung in Echtzeit zu beobachten.

Durch seine Expertise hat sich das PSI zu einem der führenden Photon-Science-Zentren entwickelt.

PSI als Ausbildungszentrum für die nächste Generation von Quantum Engineers

Das PSI ist nicht nur ein Ort der Spitzenforschung, sondern auch ein Ausbildungszentrum mit internationaler Strahlkraft. Jährlich arbeiten hunderte Doktorierende, Masterstudierende und Postdocs im Umfeld der Großforschungsanlagen und lernen dort Methoden, die nur an wenigen Orten der Welt verfügbar sind.

Wesentliche Merkmale der Ausbildung am PSI:

• Zugang zu hochspezialisierten Messmethoden: SLS, SwissFEL, SINQ, SμS
• Interdisziplinäre Forschung: Physik, Materialwissenschaft, Chemie, Ingenieurwissenschaften, Informatik
• Enge Zusammenarbeit mit ETH Zürich und EPFL: gemeinsame Laborgruppen, geteilte Professuren, integrierte Graduiertenprogramme
• Praxisnahe Forschung: viele Projekte entstehen in Kooperation mit Industriepartnern

Die Ausbildung am PSI ist daher stark anwendungsorientiert und gleichzeitig wissenschaftlich tief fundiert. Dadurch werden Talente hervorgebracht, die sowohl in der akademischen Forschung als auch in der High-Tech-Industrie führende Rollen übernehmen.

Verbindung des PSI mit ETH Zürich & EPFL – Talentschmiede Europas

Eine der großen Stärken des PSI ist seine strukturelle und personelle Verknüpfung mit den beiden führenden technischen Hochschulen der Schweiz: ETH Zürich und EPFL. Diese Verbindung schafft ein Ökosystem, das europaweit einzigartig ist.

Die Kooperationen umfassen:

Gemeinsame Professuren

Viele Forschungsgruppen am PSI werden von Professoren der ETH oder EPFL geleitet. Dadurch entsteht ein direkter Wissensaustausch zwischen Universität und Großforschungszentrum.

Gemeinsame Doktorandenprogramme

Doktoranden können ihre Experimente am PSI durchführen, während sie gleichzeitig in theoretischen Gruppen an den Hochschulen betreut werden. Dies schafft eine perfekte Kombination aus Theorie und Experiment.

Technologieplattformen

Materialfabrikation, Nanostrukturierung, Kryotechnik und photonische Messtechnik werden oftmals gemeinsam genutzt und weiterentwickelt.

Innovations- und Spin-off-Ökosystem

Zahlreiche Spin-offs im Bereich Quantenhardware, Sensorik und Photonik basieren auf Erkenntnissen, die aus dieser Allianz hervorgegangen sind.

Durch diese enge Verknüpfung bildet das PSI gemeinsam mit ETH Zürich und EPFL eine der stärksten Talentschmieden Europas im Bereich Quantentechnologie.

Das Trio aus Theorie, Experiment und industrieller Vernetzung schafft ein Ökosystem, das wesentliche Bausteine für die europäische Quantenstrategie liefert.

PSI im globalen Kontext der Quantentechnologien

Als eines der bedeutendsten interdisziplinären Forschungszentren Europas spielt das PSI eine zentrale Rolle im internationalen Wettlauf um die Entwicklung von Quantentechnologien. Es verbindet einzigartige Großanlagen mit herausragender Expertise in Bereichen wie Quantenmaterialien, Photon Science, Neutronenstreuung, μSR und ultraschneller Dynamik. Im globalen Kontext stellt sich das PSI nicht als isolierte Institution dar, sondern als integraler Bestandteil einer internationalen Landschaft wissenschaftlicher Spitzenforschung.

Die folgenden Kapitel beleuchten die strategische Positionierung des PSI im europäischen und globalen Quantenökosystem.

Die Rolle im EU-Quantum-Flagship

Das EU-Quantum-Flagship ist eine der weltweit größten Forschungsinitiativen im Bereich Quantentechnologie. Sein Ziel besteht darin, Europas technologische Souveränität zu stärken und die Entwicklung eines voll funktionsfähigen europäischen Quantenökosystems voranzutreiben. Das PSI ist in diesem Programm einer der wichtigsten wissenschaftlichen und technologischen Partner.

Beitragsschwerpunkte des PSI innerhalb des Quantum Flagship:

Quantenmaterialien für Hardwareplattformen Das PSI liefert experimentelle Daten zu topologischen Isolatoren, supraleitenden Materialien, 2D-Heterostrukturen und magnetischen Quantenphasen. Diese Daten fließen in europäische Entwicklungsprojekte ein, etwa zu:

• supraleitenden Qubit-Plattformen
• photonischen Quantenchips
• quantentopologischen Speicher- und Transportstrukturen

Quantenkommunikation & Quantum Internet Im Rahmen europäischer Kooperationen untersucht das PSI:

• photonische Materialien für QKD
• Schnittstellen zwischen Licht- und Spin-Systemen
• Robustheit photonischer Quantenzustände

Diese Arbeiten tragen zur Entwicklung eines sicheren, europäischen Quantum Internets bei.

Metrologie & Präzisionsmessung Mit seinen UCN-Experimenten, μSR-Messungen und hochpräzisen spektroskopischen Methoden liefert das PSI Grundlagen zur Standardisierung quantenmechanischer Messmethoden – ein wichtiges Element europäischer Infrastrukturprojekte.

Großanlagen als europäische Ressourcen SLS, SwissFEL, SINQ und SμS sind nicht nur nationale Einrichtungen, sondern europäische Infrastrukturbausteine. Sie stehen Forschenden aus allen Mitgliedstaaten offen und bilden die experimentelle Basis vieler Flagship-Projekte.

Insgesamt stärkt das PSI die europäische Position im globalen Wettbewerb entscheidend, indem es Daten, Technologien und Talente liefert, ohne die das Quantum Flagship kaum erfolgreich wäre.

Vergleich mit internationalen Top-Zentren (CERN, SLAC, LBNL, NIST)

Im internationalen Vergleich steht das PSI in einer Liga mit den führenden naturwissenschaftlichen Großforschungszentren der Welt. Jedes dieser Zentren hat seine eigenen Schwerpunkte, doch in vielen quantentechnologischen Bereichen ist das PSI technologisch einzigartig.

Vergleich mit CERN

• CERN ist das größte Teilchenphysikzentrum der Welt.
• Das PSI teilt sich mit CERN Expertise in Beschleunigertechnologien und Präzisionsmessungen.
• In Sachen Quantenmaterialien, Photon Science, SwissFEL, μSR und Neutronenforschung ist das PSI jedoch führend.
• Beide Institute ergänzen sich strategisch und kooperieren eng, etwa bei Detektortechnologien.

Vergleich mit SLAC (USA)

• SLAC betreibt ebenfalls einen Freie-Elektronen-Laser (LCLS).
• SwissFEL und SLS bieten im Vergleich eine höhere Flexibilität und besonders hohe Kohärenz in bestimmten Modi.
• PSI ist führend in Neutronen- und Myonenmethoden, die SLAC nicht besitzt.

Vergleich mit LBNL (Berkeley Lab)

• LBNL verfügt über den Advanced Light Source Synchrotron, der mit der SLS vergleichbar ist.
• PSI bietet jedoch zusätzlich eine Spallationsneutronenquelle und die weltweit führende Myonenquelle – eine Kombination, die einzigartig ist.
• Die Integration von Photon-, Neutron- und Myonmethoden macht das PSI zu einem multidimensionalen Zentrum für Quantentechnologie.

Vergleich mit NIST (USA)

• NIST ist führend in Quantenmetrologie und Qubit-Entwicklung (insbesondere Ionenfallen und supraleitenden Qubits).
• Das PSI ergänzt diese Expertise durch materialwissenschaftliche Großexperimentmethoden und durch hochspezialisierte Charakterisierungstechniken.
• In Bereichen wie μSR, Quantenmagnetismus und SwissFEL-Dynamik besitzt das PSI einzigartige Stärken.

Fazit des globalen Vergleichs: Kaum ein anderes Labor weltweit vereint so viele komplementäre quantenrelevante Großanlagen wie das PSI. Seine internationale Bedeutung liegt genau in dieser Interdisziplinarität und der tiefen materiellen Basis quantentechnologischer Forschung.

Strategische Bedeutung für Europa als Quantum-Standort

Die Rolle des PSI im europäischen Quantenökosystem kann kaum überschätzt werden. Es fungiert als:

Wissenschaftliches Fundament Ohne die experimentellen Erkenntnisse des PSI wären viele europäische Projekte – in Quantencomputing, Quantenkommunikation, Quantensensorik und Materialdesign – nicht realisierbar.

Technologische Entwicklungsplattform Das PSI bietet Industrie und Forschungseinrichtungen die Möglichkeit, Prototypen und neue Quantenhardware zu testen, zu modifizieren und zu validieren. Dies umfasst:

• Qubit-Materialien
• photonische Chips
• Detektorsysteme
• topologische Prototypen

Strategisches Ausbildungssystem In Zusammenarbeit mit ETH Zürich und EPFL bildet das PSI jene Expertinnen und Experten aus, die Europa braucht, um im globalen Quantenrennen mitzuhalten. Die Ausbildung ist sowohl theoretisch fundiert als auch experimentell hoch spezialisiert.

Infrastrukturelle Schlüsselrolle Die Verbindung von SLS, SwissFEL, SINQ und SμS ist nicht nur ein nationaler Schatz der Schweiz, sondern ein europäisches Rückgrat für quantenbezogene Großexperimente.

Europäische Souveränität in High-Tech-Bereichen In Zeiten globaler technologischer Konkurrenz spielt Unabhängigkeit eine zunehmend wichtige Rolle. Das PSI liefert:

• Know-how
• Messstandards
• technologische Validierung
• Materialcharakterisierung

für praktisch alle quantentechnologischen Hardwareplattformen, die derzeit entwickelt werden.

Brücke zwischen Forschung und Industrie Das PSI ist ein wesentlicher Akteur bei der Translation wissenschaftlicher Erkenntnisse in nutzbare Technologien, insbesondere durch Kooperationen mit der europäischen Industrie.

Insgesamt ist das PSI ein zentraler Baustein der europäischen Strategie, im Zeitalter der Quantentechnologie souverän, innovativ und konkurrenzfähig zu bleiben. Seine einzigartige Infrastruktur und wissenschaftliche Kompetenz verankern Europa fest im globalen Spitzenfeld der Quantentechnologie.

Zukünftige Entwicklungen am PSI

Das PSI befindet sich in einer Phase strategischer Expansion, die weit über die klassische Grundlagenforschung hinausgeht. Neue Großanlagen, aufgerüstete Infrastrukturen, gezielte Partnerschaften mit der Industrie und langfristige Roadmaps positionieren das Institut als entscheidenden Technologie- und Innovationsmotor der europäischen Quantentechnologie. Die kommenden Jahre versprechen tiefgreifende Veränderungen – sowohl in der wissenschaftlichen Methodik als auch in den technologischen Plattformen, die das PSI bereitstellt.

SwissFEL-Upgrades und neue Quantenoptik-Methoden

Der SwissFEL ist bereits heute eines der leistungsfähigsten Instrumente zur Untersuchung ultraschneller Quantenprozesse. In Zukunft wird seine Leistungsfähigkeit durch mehrere Upgrades erheblich erweitert:

Erhöhte Pulsstabilität und variable Pulsstruktur Durch Verbesserungen an der Elektronenquelle und den Undulatoren sollen:

• kürzere Röntgenpulse
• stabilere Intensitäten
• mehr Freiheitsgrade bei der Pulsformung

realisiert werden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, quantendynamische Prozesse präzise zu steuern und photonische Quantenzustände gezielt anzuregen.

Erweiterung des Energiebereichs Durch neue Undulatorsegmente kann der SwissFEL in Zukunft ein größeres Spektrum an Röntgenenergien abdecken. Dadurch werden Materialien zugänglich, deren elektronische Übergänge bisher experimentell schwer erreichbar waren.

Entwicklung neuartiger Quantenoptik-Experimente Geplant sind experimentelle Methoden, die bisher nur theoretisch diskutiert wurden:

• kohärente Kontrolle nichtgleichgewichtiger Quantenzustände
• ultraschnelle Manipulation topologischer Phasen
• quantenelektronische Pump-Probe-Sequenzen mit Pulsdauern unter 10^{-15},\text{s}
• photonische Quantenzustandsrekonstruktion auf Röntgenbasis

Mit diesen Entwicklungen wird der SwissFEL zu einer der innovativsten Plattformen für Quantenoptik weltweit.

Ausbau der Quantenmaterial-Plattformen

Um die Entwicklung neuer Quantenmaterialien voranzutreiben, investiert das PSI in die Erweiterung seiner Materialplattformen. Der Fokus liegt auf:

Nanofabrikation und 2D-Heterostrukturen Neue Reinraumlinien und lithografische Verfahren werden entwickelt, um:

• Moiré-Supraleiter
• 2D-Magnetmaterialien
• Van-der-Waals-Heterostrukturen

mit atomarer Präzision zu synthetisieren.

Synthese topologischer Materialien Die Forschung zielt darauf ab, Materialien mit:

• starken Spin-Bahn-Kopplungen
• bandinversionsinduzierten topologischen Phasen
• quantisierten Transportphänomenen

zu entwickeln und systematisch zu charakterisieren.

Hochpräzise Materialdiagnostik Durch den Ausbau von Photon-, Neutron- und Myonenmessplätzen werden neue Quantenmaterialklassen erschlossen:

• Quanten-Spin-Flüssigkeiten
• frustrierte Magneten
• hybride Supraleiter-Halbleiter-Plattformen

Integration in Quantenhardware-Prototypen Materialien werden zunehmend direkt in Qubit-Prototypen eingebaut, z. B.:

• supraleitende Resonatoren
• Majorana-Nanodrahtsysteme
• photonische Quantenleiter

Damit positioniert sich das PSI als vollständige Material-to-Device-Plattform für die Quantenhardwareentwicklung.

PSI und industrielle Partnerschaften

Das PSI wird in Zukunft eine noch stärkere Rolle als Industriepartner einnehmen. Grund dafür ist die wachsende Notwendigkeit, quantentechnologische Forschung und industrielle Umsetzung enger zu verzahnen.

Künftige Kooperationsfelder beinhalten:

Optimierung von Qubit-Materialien Unternehmen, die supraleitende, spinbasierte oder photonische Qubits entwickeln, nutzen das PSI zur:

• Materialcharakterisierung
• Defektanalyse
• Oberflächenoptimierung

Gemeinsame Entwicklung von Quantensensorik-Plattformen Supraleitende und atomare Sensoren werden in Zusammenarbeit mit Industriepartnern für:

• Magnetfeldmessung
• Strahlungsdetektion
• medizinische Diagnostik

weiterentwickelt.

Standardisierung von quantentechnischen Messmethoden Das PSI spielt eine Schlüsselrolle bei der Europäisierung von Standards für:

• Qubit-Kohärenz
• Materialreinheit
• Quantensensor-Performance

Scale-up-Programme für Quantenchips Durch die Verbindung von Materialwissenschaft, Nanofabrikation und Großanlagen wird das PSI zu einem idealen Partner für Unternehmen, die Quantenprozessoren von Dutzenden auf Hunderte oder Tausende Qubits skalieren wollen.

Damit wird das PSI ein strategisches Bindeglied zwischen Forschung und industrieller Technologieentwicklung.

Die Roadmap 2035 des PSI und ihre Relevanz für die Quanten-Community

Die Roadmap 2035 des PSI definiert die langfristige wissenschaftliche und technologische Ausrichtung des Instituts – mit einem klaren Schwerpunkt auf Quantentechnologie. Wichtige Elemente dieser Roadmap sind:

Der Ausbau aller vier Großanlagen (SLS, SwissFEL, SINQ, SμS) Insbesondere die Modernisierung der SLS hin zur „SLS 2.0“ wird eine neue Ära in der photonischen Charakterisierung von Quantenmaterialien einläuten.

Aufbau eines Quantum Technology Campus Geplant ist ein integrierter Campus, auf dem:

• Materialforschung
• Quantenoptik
• supraleitende Qubitentwicklung
• photonische Chiptechnologie

räumlich und organisatorisch enger zusammengeführt werden.

Förderung junger Talente und internationaler Wissenschaftler Die Ausbildung von Quantum Engineers und die Anziehung globaler Experten stehen im Zentrum der Roadmap. Das PSI wird zum Magneten für die internationale Quanten-Community.

Stärkere Einbindung in europäische Souveränitätsstrategien Die Roadmap ist eng mit europäischen Initiativen verzahnt, wie:

• Quantum Flagship
• EuroQCI (European Quantum Communication Infrastructure)
• europäischen Metrologieprogrammen

Langfristiges Ziel: Führungsrolle im Bereich experimenteller Quantentechnologien Durch die Kombination aus Großanlagen, Expertise, Industriekooperationen und Nachwuchsförderung will das PSI bis 2035 eine der weltweit wichtigsten Forschungsstätten für Quantentechnologien sein.

Mit dieser Zukunftsstrategie positioniert sich das PSI als Eckpfeiler eines starken europäischen Quantenökosystems – und als globales Zentrum, das die Entwicklung der Quantenforschung und -technologie entscheidend beeinflussen wird.

Fazit: Das PSI als unersetzliche Säule europäischer Quantentechnologie

Das Paul Scherrer Institut hat sich im Verlauf der letzten Jahrzehnte von einem klassisch kernphysikorientierten Forschungszentrum zu einem hochmodernen, multidisziplinären Quantenlabor entwickelt, das heute zu den weltweit führenden Einrichtungen für Quantentechnologie zählt. Seine einzigartige Kombination aus Großanlagen – SLS, SwissFEL, SINQ und SμS – schafft eine wissenschaftliche Infrastruktur, die es Forschenden ermöglicht, Quantenmaterialien, Quantenphänomene und Quantensysteme in einem Detailgrad zu untersuchen, der international seinesgleichen sucht.

Die Rolle des PSI reicht weit über die Schweiz hinaus. Als integraler Bestandteil des europäischen Quantum Flagship und als Kooperationspartner zahlreicher Spitzeninstitute prägt das PSI die europäische Forschungslandschaft und liefert zentrale Bausteine für die technologische Souveränität Europas im Bereich Quantentechnologie. Ob bei der Entwicklung neuer Qubit-Materialien, der Untersuchung topologischer Zustände, der Präzisionsmessung fundamentaler Konstanten oder der Implementierung quantenkommunikativer Systeme – das PSI wirkt an entscheidender Stelle mit und setzt wissenschaftliche wie technologische Maßstäbe.

Ebenso unverzichtbar ist seine Funktion als Ausbildungszentrum für die nächste Generation von Quantum Engineers. Durch die enge Verbindung mit ETH Zürich und EPFL bildet das PSI einen Talentpool, der die Grundlagen für Europas zukünftige Innovationskraft legt. Gleichzeitig bildet die Kooperation mit industriellen Partnern ein wichtiges Bindeglied, um quantentechnologische Forschung in marktfähige Anwendungen zu überführen.

Die strategische Roadmap des PSI bis 2035 zeigt klar, dass das Institut nicht nur ein Beobachter des globalen Quantenrennens ist, sondern ein aktiver Gestalter. Mit bedeutenden Anlagen-Upgrades, neuen Forschungsplattformen, internationaler Vernetzung und dem konsequenten Ausbau quantentechnologischer Kompetenzen wird das PSI seine Rolle als Schlüsselakteur weiter stärken.

In einer Welt, in der Quantentechnologien zunehmend zu einem entscheidenden Faktor für Zukunftsmärkte, Informationssicherheit und wissenschaftlichen Fortschritt werden, steht das PSI als unverzichtbare Säule der europäischen Forschungs- und Innovationslandschaft. Es verbindet wissenschaftliche Exzellenz mit technologischer Vision – und bildet damit einen zentralen Eckstein im Fundament des europäischen Quantum-Ecosystems.

Mit freundlichen Grüßen

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Anhang:

Links von Instituten, Forschungszentren und Personen, die im Essay genannt wurden.

Institute & Forschungszentren

• Paul Scherrer Institut (PSI) https://www.psi.ch
• Swiss Light Source (SLS) https://www.psi.ch/...
• SwissFEL – Freie-Elektronen-Laser https://www.psi.ch/...
• SINQ – Swiss Spallation Neutron Source https://www.psi.ch/...
• SμS – Swiss Muon Source https://www.psi.ch/...
• ETH Zürich https://www.ethz.ch
• EPFL – École polytechnique fédérale de Lausanne https://www.epfl.ch
• IBM Research Zürich https://www.zurich.ibm.com
• CERN – Europäische Organisation für Kernforschung https://www.cern.ch
• EU Quantum Flagship https://qt.eu
• NIST – National Institute of Standards and Technology (USA) https://www.nist.gov
• SLAC National Accelerator Laboratory (USA) https://www.slac.stanford.edu
• Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) https://www.lbl.gov

Personen & Forschungsleitungen

• Klaus Kirch (PSI / ETH Zürich) https://www.psi.ch/...
• Andreas Suter (PSI) https://www.psi.ch/en/num/people/andreas-suter
• Henrik M. Rønnow (EPFL / PSI-Kooperation) https://people.epfl.ch/...
• Gabriel Aeppli (PSI / ETH Zürich / EPFL) https://www.psi.ch/...

Weitere relevante Programme & Netzwerke

• EuroQCI – European Quantum Communication Infrastructure https://digital-strategy.ec.europa.eu/...
• LEAPS – League of European Accelerator-based Photon Sources https://www.leaps-initiative.eu