Research Highlights

Experimentalphysikerinnen und -physiker des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching haben, mit massgeblicher Beteiligung des theoretischen Physikers Eugene Demler von der ETH Zürich, erstmals direkt und in mikroskopischem Detail beobachtet, wie magnetische Korrelationen die Bildung von sogenannten Loch-Paaren vermitteln. Die Arbeit schafft eine vielseitige Plattform für die Erforschung theoretischer Modelle der Hochtemperatur-Supraleitung.

Seit langem besteht die Aussicht, dass eine als Quantenschlüsselaustausch bekannt Methode eine Kommunikationssicherheit gewährleistet, die mit herkömmlicher Kryptographie nicht zu erreichen ist. Ein internationales Team von Physiker:innen mit ETH-Beteiligung hat nun erstmals einen Ansatz für den Quantenschlüsselaustausch experimentell umgesetzt, der Quantenverschränkung nutzt um weitaus umfassendere Sicherheitsgarantien bieten zu können als bisherige Verfahren.

Wie lässt sich Kommunikation vor «Lauschangriffen» schützen, auch wenn die kommunizierenden Geräte selbst nicht vertrauenswürdig sind? Das ist eine der Hauptfragen der Quantenkryptographie-Forschung. Forschende der Universität Basel und der ETH Zürich haben die theoretischen Grundlagen für ein Kommunikationsprotokoll geschaffen, das die Privatsphäre hundertprozentig garantiert.

Eine Kombination von theoretischen und experimentellen Erkenntnissen enthüllt einen neuartigen Mechanismus, durch den Kritikalität in quasiperiodischen Strukturen entsteht — ein Ergebnis, das einen einzigartigen Einblick in die Physik zwischen Ordnung und Unordnung bietet.

Das Konzept der «fragilen Topologie» gibt seit seiner Entstehung vor zwei Jahren Rätsel auf. Zwei Teams, eines unter der Leitung von ETH-Physikern, haben nun einen umfassenden theoretischen und experimentellen Rahmen entwickelt, um die Essenz des Konzepts zu verstehen — und um Wege zu finden, wie es möglicherweise in Anwendungen genutzt werden kann.

Weyl-Fermionen — Quasiteilchen, die sich wie masselose Fermionen verhalten — standen in den vergangenen Jahren im Mittelpunkt einer Reihe von Arbeiten in der Festkörperphysik. Die Gruppe von Sebastian Huber hat nun Experimente durchgeführt, in denen sie zeigen, wie die beiden chiralen Varianten von Weyl-Fermionen getrennt voneinander gehandhabt werden können

Kann es eine Privatsphäre geben in einer Welt, in welcher wir Geräte verwenden, denen wir nicht unbedingt vertrauen können? Ja, genau das erreicht die „geräteunabhängige Quantenkryptographie“. Eine neue Arbeit zeigt nun, wie dieses ultimative Mass an Kommunikationssicherheit in der Praxis erreicht werden könnte.

In der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature Physics beschreiben die ETH-Physiker Oded Zilberberg und Sebastian Huber unerwartete Zusammenhänge zwischen der Physik und der Topologie, einem Teilgebiet der Mathematik. In zwei Artikeln bieten sie faszinierende Einblicke in zwei Aspekte der „topologischen Materie“ — einem Feld, dem momentan grosses Interesse zuteil wird und zu welchem Physiker an der ETH Zürich im Laufe der Jahre wesentlich beigetragen haben.