Quantenphysiker aus aller Welt treffen sich in Rostock

Die Welt der Quantenphysik stellt nicht nur den Laien immer wieder vor konzeptionelle Herausforderungen, da die auftretenden Phänomene nicht mit unserer Alltagserfahrung kompatibel sind. Auch die Simulation von quantenphysikalischen Problemen, d.h. die Lösung der Schrödinger Gleichung, hat ihre Tücken, denn herkömmliche Computer erreichen hier rasch ihre Grenzen.

Grund dafür ist der mit der Anzahl der beteiligten Teilchen exponentiell ansteigende Aufwand. Benötigt man zur Beschreibung der Bewegung eines Teilchens z.B. 400kB Speicherplatz, sind es für zwei Teilchen bereits 3MB und für 10 Teilchen unvorstellbare 5x1027GB.

Zum Vergleich, die gesamte englische Wikipedia Ausgabe benötigt lediglich 12 GB. Damit wird beispielsweise bereits die Simulation einfacher chemischer Reaktionen von nur wenigen Atomen in der Gasphase sehr anspruchsvoll; biophysikalische Systeme mit tausenden Atomen kommen für eine exakte Beschreibung nicht in Frage.

Einen Ausweg bieten numerische Näherungsmethoden, die auf besonders effizienten Verfahren zur diskreten Darstellung der Schrödingerschen Wellenfunktion beruhen. Deren Entwicklung widmet sich eine große Wissenschaftsgemeinde aus den Bereichen der Molekülphysik und der Theoretischen Chemie seit vielen Jahren erfolgreich. So können heute routinemäßig Fragen beantwortet werden, für die vor 20 Jahren selbst ein Großrechner nicht ausreichend gewesen wäre.

Derzeit treffen sich ca. 75 Experten aus 14 Ländern in Rostock auf der Konferenz „Hochdimensionale Quantendynamik. Herausforderungen und Möglichkeiten“, um über die aktuellen Entwicklungen auf diesem Gebiet zu diskutieren. Es ist bereits die fünfte Zusammenkunft Theoretischer Physiker und Chemiker zu diesem Thema, die nach Stationen in den Niederlanden, Großbritannien und Frankreich in diesem Jahr durch die Arbeitsgruppe “Molekulare Quantendynamik” um Prof. Oliver Kühn vom Rostocker Institut für Physik ausgerichtet wird.

Auf der Agenda stehen neben methodischen Aspekten insbesondere auch Anwendungen auf sehr unterschiedliche Fragestellungen. Dazu zählen u.a. die Dynamik chemischer Reaktionen, der Transport von Elektronen durch einzelne Moleküle in Bausteinen der molekularen Elektronik oder die Elementarprozesse des Lichtsammelns in der Photosynthese. Am Beispiel der Photosynthese wird besonders deutlich, was moderne Methoden leisten können. Dies reicht von der Modellbildung für den Energietransport in den aus Farbstoffmolekülen aufgebauten Lichtsammelantennen bis hin zur Aufklärung der Quantennatur dieses Transports, was zur Prägung des Begriffs “Quantenbiologie” beigetragen hat.

Unter den Teilnehmern werden erstmalig auch zwei Kollegen von der Universität in Havanna (Kuba) sein. Sie nutzen die Gelegenheit, Möglichkeiten zur Kooperation zwischen den Physikinstituten in Havanna und Rostock auszuloten.

Kontakt:
Universität Rostock
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Prof. Dr. rer. nat. Oliver Kühn
+49 381 498-6700
Mail: oliver.kuehn(at)uni-rostock.de