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21. September 2021

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Schwarze Löcher und Quanten-Computer und Tumorzellen

Schwarze Löcher und Quanten-Computer und Tumorzellen© Pexels.com/Hristo Fdanov/economy

TU-Wien erhält heuer gleich drei der renommierten START-Preise. Jungforscher Laura Donnay, Julian Léonard und Hannes Mikula werden vom FWF mit der begehrten Prämierung ausgezeichnet. 

(red/mich) Der START-Preis vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF gilt als die wichtigste österreichische Auszeichnung für junge WissenschaftlerInnen. Die Auszeichnung ist mit bis zu 1,2 Millionen Euro dotiert und soll exzellente Nachwuchswissenschaftler dabei unterstützen, eine eigene Forschungsgruppe auf internationalem Spitzenniveau aufzubauen.

Aktuell gehen nun für dieses Jahr gleich drei der insgesamt sechs START-Preise an die TU Wien. Die Physikerin Laura Donnay wird für ihre Forschung an Schwarzen Löchern ausgezeichnet, Julian Léonard erhält den Preis für ein neues Quanten-Computing-Konzept und Hannes Mikula erforscht Möglichkeiten, Tumorzellen gezielt zu bekämpfen, ohne dabei gesunde Zellen zu beschädigen. Alle drei blicken bereits auf eine internationale Forschungskarriere zurück, unter anderem an der Harvard University (US).

Laura Donnay: Die Symmetrien Schwarzer Löcher
Schwarze Löcher gehören wohl zu den merkwürdigsten Objekten im Weltall und werfen noch immer neue Rätsel auf. Laura Donnay, START-Preisträgerin 2021, möchte einige Schlüsselfragen der Physik Schwarzer Löcher aufklären und insbesondere den Ursprung ihrer enormen Entropie verstehen. Den Ansatz, den die junge Forscherin dabei verfolgt, ist erst wenige Jahre alt: Im Jahre 2015 entdeckte Donnay, dass in der Nähe der Ereignishorizonte Schwarzer Löcher unendliche Symmetrien auftreten. Dieses Phänomen wird als „weiches Haar“ bezeichnet. Donnay erwartet, dass die dort beobachteten Symmetrien wichtige Einblicke in die Physik Schwarzer Löcher geben.

Um Licht ins Dunkel zu bringen, kombiniert die Physikerin nun zwei Ansätze: Die neu entdeckten Raumzeitsymmetrien und das holographische Prinzip. Letzteres zeigt völlig neue Verbindungen zwischen Gravitationstheorien und Quantenfeldtheorien auf. Es spielt in der theoretischen Physik eine zentrale Rolle, wenn man die fundamentalen Eigenschaften der Quantengravitation entschlüsseln möchte. 

Rechnen mit Quantenteilchen
Julian Léonard wechselt mit seinem START-Preis von der Harvard University ans Atominstitut der TU Wien. In seinem Projekt „OPTIMAL“ möchte er ein neues Quantum-Computing-Konzept realisieren. Dafür müssen grundsätzlich zwei wichtige Voraussetzungen erfüllt sein: Einerseits braucht es Quantensysteme, die Information speichern können, etwa einzelne Atome, und andererseits braucht es einen Mechanismus für Manipulation und Verschränkung dieser Quantenelemente, denn nur so können Quantenalgorithmen angewandt und Berechnungen durchgeführt werden.

Léonard möchte das erreichen, indem er neutrale Atome zwischen zwei Spiegeln platziert. Es handelt sich um Spezialspiegel mit extrem hoher Reflektivität, sodass Photonen millionenfach hin und her gespiegelt werden können. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Lichtteilchen mit genau den gewünschten Atomen auf genau die richtige Weise wechselwirken, um ganz gezielt verschiedene Atome quantenphysikalisch miteinander zu verschränken und Information zu übertragen. Sowohl Atome als auch Licht müssen sehr präzise kontrolliert werden, um mit einem solchen Konzept Rechenoperationen durchführen zu können.

Punktgenaue Krebstherapie
Krebszellen zu töten, wäre eigentlich gar nicht so schwierig. Die große Herausforderung in der Krebstherapie besteht darin, andere Zellen zu schonen. Wenn nicht nur Tumorzellen, sondern auch gesunde Zellen angegriffen werden, kann das zu schweren Nebenwirkungen führen. Hannes Mikula möchte in seinem Forschungsprojekt an chemischen Methoden arbeiten, Wirkstoffe zielgerichtet in Krebszellen zu transportieren – und nirgendwo anders hin. Dafür werden spezielle Moleküle und Reaktionen entwickelt, mit denen der Wirkstoff in die Krebszelle transportiert und erst dann freigesetzt werden kann, wenn er am Zielort angekommen ist.

Um das zu erreichen, sollen chemische Kaskaden entwickelt werden: Das Transportmolekül muss nicht nur an der Krebszelle andocken und den Wirkstoff abgeben, man muss auch sicherstellen, dass das Wirkstoffmolekül dann tatsächlich in die Krebszelle eingeschleust und nicht versehentlich von benachbarten, gesunden Zellen aufgenommen wird. Mikula wird dazu mit seinem Team am Institut für Angewandte Synthesechemie der TU Wien mehrstufige chemische Prozesse entwickeln, die es ermöglichen sollen, Wirkstoffe in einer zellulären Umgebung gezielt navigieren zu können.

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red/mich, Economy Ausgabe Webartikel, 05.06.2021