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Pans Traum

Von Stefanie Schramm

Der chinesische Physiker Pan Jianwei will die Kommunikation und den Computer neu erfinden, mit Quantenmechanik. Deutsches Wurstbrot hilft ihm dabei.

Pans Traum© Stefanie SchrammPan Jianwei arbeitet in China an einer abhörsicheren Verschlüsselung
Mit einem riesigen Messer hackte Pan Jianwei das Universum in winzig kleine Stücke. »Es fühlte sich ziemlich gut an«, erzählt der Physiker. »Ich war gerade dabei, die Weltformel zu finden.« Dann wachte er auf.

Im wirklichen Leben beschäftigt sich Pan weniger mit dem großen Ganzen als mit den kleinen Schnipseln. Physiker nennen diese Schnipsel Quanten: die kleinsten Portionen, in die sich eine physikalische Größe teilen lässt. An der University of Science and Technology of China (USTC) in Hefei versucht Pan, mit diesen winzigen Quanten große Aufgaben zu bewältigen - superschnelles Rechnen und absolut sichere Kommunikation. Zusammen mit seinen Kollegen hat er in den vergangenen acht Jahren 60 Artikel in internationalen Spitzenzeitschriften veröffentlicht. Damit hat er Hefei auf die Weltkarte der Quantenphysik gesetzt.

Die Hauptstadt der Provinz Anhui, drei Zugstunden von Shanghai entfernt, ist eine typische chinesische Stadt aus der zweiten Reihe: fast fünf Millionen Einwohner, grau, gesichtslos und ein wenig schmuddelig. Doch in der Wissenschaft spielt Hefei in Chinas erster Liga. Drei nationale Forschungszentren befinden sich hier, mehr gibt es nur in Peking. Pan hat in Hefei studiert, 1996 ging er nach Innsbruck und später nach Wien, um bei dem renommierten Quantenphysiker Anton Zeilinger, der seit Jahren als Nobelpreiskandidat gehandelt wird, zu promovieren. Dann wechselte Pan nach Deutschland und baute an der Universität Heidelberg eine eigene Arbeitsgruppe auf. Gleichzeitig hatte er eine Professur an der USTC, pendelte zwischen Heidelberg und Hefei. Seit 2008 lebt er wieder in China. »Ich liebe die Wissenschaft, aber ich liebe auch mein Heimatland«, sagt Pan. »Sobald ich sicher war, dass ich hier gute Wissenschaft machen kann, bin ich zurückgekommen.« Für diese Sicherheit hat auch der chinesische Staat gesorgt - mit knapp zehn Millionen Euro Forschungsgeldern.

»Da konnten wir einfach nicht mithalten«, sagt Dirk Dubbers, Direktor des Physikalischen Instituts der Heidelberger Universität. »Wir hätten Pan gern gehalten, der veröffentlicht ja fast jeden Monat einen Knüller.« Als besonders zielstrebig habe er den Quantenphysiker kennengelernt. »Der hat nicht nach links und nicht nach rechts geguckt.« Dubbers sagt das anerkennend. »Er kann sehr gut unterscheiden, was zum Ziel führt und was nicht«, meint auch Caslav Brukner, der mit Pan zusammen promoviert hat. »Und er sieht Wege, die andere nicht sehen.« Was nicht zum Ziel führe, lasse Pan einfach weg. So habe er nie Deutsch gelernt, obwohl er zwölf Jahre lang in einem deutschsprachigen Umfeld gelebt hat, erzählt Brukner. Und er könne sich an kein einziges Feierabendbier mit dem Kollegen erinnern. Pan ist nun ein hai gui. Das heißt Rückkehrer auf Chinesisch, klingt aber auch so ähnlich wie das Wort für »Seeschildkröte«. Wie die Tiere zum Eierlegen an ihren Geburtsort zurückkehren, so sollen nach dem Willen der Pekinger Regierung gut ausgebildete Experten in die Heimat zurückkommen. Mit speziellen Programmen lockt der Staat die Fachleute heim, dabei ist er zunehmend erfolgreich.


Pan weiß ziemlich genau, was er in Hefei jetzt schon geschafft hat. Auf den ersten Blick wirkt er in seinem grauen Strickpulli mit den zu langen Ärmeln, in denen seine Hände halb verschwinden, wie der Prototyp des zurückgezogenen Physikers. Er spricht sachlich und unaufgeregt. Übertrieben bescheiden ist er aber nicht. In einer PowerPoint-Präsentation listet er die Leistungen seines Teams auf: Es ist das einzige Labor für Quanteninformation in China, das in Nature veröffentlicht hat; drei Viertel aller chinesischen Publikationen in den renommierten Physical Review Letters über experimentelle Arbeiten auf diesem Gebiet wurden hier geschrieben; zweimal wurde eine Arbeit aus Hefei von der American Physical Society zur »Physics Story of the Year« gekürt und so fort.

Pan arbeitet vor allem auf zwei Gebieten, der Quantenkommunikation und der Entwicklung eines Quantencomputers. »Einen superschnellen Rechner zu bauen finde ich persönlich sehr attraktiv«, sagt er. Für China aber sei die Quantenkommunikation wichtiger, weil sie schon näher an der Anwendung sei. »Außerdem können wir da unter den Besten sein, nicht nur den anderen hinterherlaufen.« Das ist wichtig. Die chinesische Regierung hat dafür einen Slogan ausgegeben: zizhu chuangxin - unabhängige Innovation. Pans Innovation füllt einen Kleiderschrank und kostet 50 000 Euro. »Ein Quantentelefon«, erklärt er. »In ein paar Jahren kann jeder eins zu Hause haben.« Das Gerät nutzt quantenmechanisch verschränkte Photonen, um Nachrichten zu ver- und entschlüsseln. »Quantenkommunikation wäre sehr praktisch für Banktransaktionen und geheime Nachrichten.«

Im Sommer 2008 hat Pan mit dem Apparat zum ersten Mal mit seinen Kollegen telefoniert, die an zwei anderen Orten in Hefei saßen. »Das weltweit erste Quantenkryptografie-Netzwerk fürs Telefon«, sagt Pan. »Absolut abhörsicher.« Drei Monate später baute das europäische Konsortium SECOQC ein Netz mit sechs Knoten auf. Der Heimkehrer von Hefei forscht an der Weltspitze. Für seine private Kommunikation nutzt Pan weiterhin eine normale Internetverbindung und seinen Laptop. Seine Kinder leben noch mit seiner Frau in Heidelberg. »Ich rufe sie jeden Abend über das Internet an, dann ist es bei ihnen Nachmittag«, erzählt er. Die kleine Uhr in der Ecke seines Bildschirms zeigt noch die deutsche Zeit. »Ich erzähle ihnen Märchen, die ich selbst erfinde«, sagt der Physiker, plötzlich gar nicht mehr unaufgeregt. »Wir kommen alle darin vor, mein Sohn hat einen Zauberstab und meine Tochter einen Ring, der uns überall hinbeamen kann.«

Als kleiner Junge verschlang Pan Bücher wie Jules Vernes 20 000 Meilen unter dem Meer. Heute liest er in seiner knappen Freizeit Harry Potter. »Die letzten drei Bände hab ich noch nicht geschafft«, gibt er zu. Und er mag Star Wars. »Das regt die Fantasie an.« Ein bisschen mehr davon könnte der chinesischen Wissenschaft nicht schaden, findet Pan: »Es gibt immer noch einen Mangel an Kreativität unter chinesischen Forschern.« Ein Grund dafür sei der unglaubliche Druck, unter dem Schüler in China stehen. Eine einzige Prüfung entscheidet darüber, ob sie einen guten Studienplatz bekommen. Dafür lernen sie jahrelang. »Die wissen dann eine Menge, aber sie können häufig nicht eigenständig Lösungen entwickeln«, sagt Pan. Es sei aber schwierig, das Auswahlsystem zu ändern, dafür gebe es einfach zu viele Schüler.


In Europa habe ihm vor allem das »ruhige Leben« gefallen, erzählt der Physiker, das sei gut für die Wissenschaft. Und die Politik habe ihm auch gefallen, sagt er, unterbricht sich dann aber. In eine politische Diskussion will er nicht geraten. Da erzählt er lieber, dass er immer noch deutsch frühstückt. »Ich habe gleich geschaut, wo ich in China Brot und Wurst bekomme.« Genauso wichtig wie das Wissen, das die Rückkehrer mitbrächten, sei die Wissenschaftskultur, meint Pan. Offenbar macht sich das recht schnell bemerkbar. Sein ehemaliger Kollege Brukner hat bei einer Konferenz in Peking Pans Studenten kennengelernt und war überrascht: »Normalerweise stellen chinesische Studenten ihren Lehrer nicht gern infrage, aber Pans Leute sind anders, sehr diskussionsfreudig.« Der Rückkehrer selbst sagt, er habe von seinem Aufenthalt im Ausland auch deshalb profitiert, weil er dort Vorbilder gefunden habe, die brauche man als Forscher: »Die Väter von Nobelpreisträgern waren oft auch Wissenschaftler.« Noch mangelt es unter Chinas Forschern an solchen herausragenden Vorbildern. Pan ist auf dem besten Weg, eines zu werden.

Sein internationales Renommee hängt vor allem daran, wie sich sein Lieblingsprojekt entwickelt, der Quantencomputer. Pans Gruppe gehört zu dem kleinen Feld der Labore, die um den Weltrekord in einer sehr speziellen Disziplin kämpfen: aus zappeligen Quantenpartikeln stabile Konstruktionen zu formen, sogenannte cluster states. Für die Technik von morgen ist das fundamental. In einem Quantencomputer übernehmen Qubits die Rechenarbeit. Im Gegensatz zu normalen Datenbits können sie mehr als einen Wert gleichzeitig annehmen - so bekommt man viele Rechenoperationen zum Preis von einer. Verschränkt man diese Qubits zusätzlich miteinander, sodass ihre Eigenschaften verbunden sind, kann man an einer riesigen Menge von Eingaben gleichzeitig verschiedene Rechnungen durchführen. Mit diesen beiden Tricks ließe sich ein extrem schneller Rechner bauen.

Das Problem: Die Verschränkungen sind äußerst fragil, müssen aber normalerweise für jeden Rechenschritt verändert werden. Die cluster states dagegen werden vor der Kalkulation für jeden Schritt prepariert und dann in Ruhe gelassen. Pan hat 2007 als Erster einen cluster state aus sechs Qubits mit sechs Photonen fabriziert. Jetzt arbeitet er daran, diese Konstruktion zu erweitern, eine neue Veröffentlichung ist schon eingereicht. Trotzdem geht es mit dem superschnellen Computer vorerst nur in winzigen Schritten voran, Qubit für Qubit. Von der Praxis ist das noch weit entfernt, für einigermaßen anspruchsvolle Rechnungen sind 50 bis 100 verschränkte Qubits nötig. »Bis jetzt sind die Rechenkünste unseres Quantencomputers nicht besser als die eines Zehnjährigen«, sagt Pan und grinst. Bis sein Rechner groß ist, werde es sicher 20 Jahre dauern. Aber Pan ist zuversichtlich, er hatte noch einen Traum: »Ich habe diesen Quantencomputer gesehen, er stand direkt vor mir auf dem Schreibtisch.« Richtig fassbar war der Superrechner allerdings nicht. »Es war eine Mischung aus fest und flüssig, die dauernd ihre Form geändert hat. Und sie schimmerte blau.«


Der Mensch und seine Idee
Pan Jianwei ist einer von Chinas profiliertesten Physikern. Sein Labor an der University of Science and Technology in Hefei gehört zur Weltspitze in der Quantenphysik. Pan promovierte bei dem führenden Quantenforscher Anton Zeilinger in Wien, danach arbeitete er fünf Jahre lang in Heidelberg. 2008 kehrte er in seine Heimat zurück - die chinesische Regierung hatte ihn mit zehn Millionen Euro Forschungsgeldern gelockt. Der Physiker arbeitet an einer abhörsicheren Verschlüsselung. Pan Jianwei hat das erste Quantenkryptografie- Netz fürs Telefon entwickelt, es bestand aus drei Knotenpunkten. Außerdem will er einen Quantencomputer bauen. In seiner Freizeit erfindet er Märchen für seine Kinder. Etwas mehr Fantasie könne auch der Wissenschaft in China nicht schaden, meint er.


Aus DIE ZEIT :: 11.02.1010

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