Die Quanteninformationstheorie ist ein schnell wachsendes Gebiet mit grundlegenden Ergebnissen wie dem Bellschen Theorem und umwälzenden Anwendungen in der Quantenkryptographie und -informatik. Während die technologische Machbarkeit von Quantenprotokollen zunimmt, hat das theoretische Verständnis der vollen Möglichkeiten von „Quantenapparaten“ nicht Schritt gehalten. Um diese Lücke zu schließen, sind interdisziplinäre Anstrengungen erforderlich, die eine Brücke zwischen den mathematischen Grundlagen und der praktischen Umsetzung schlagen. 

Eine zentrale Herausforderung in der Quanteninformationstheorie besteht darin, die Quantenkorrelationen zu charakterisieren, die für grundlegende Erkenntnisse und praktische Anwendungen entscheidend sind. Trotz der Entwicklung mathematischer und algorithmischer Techniken, die vor allem in der Operatortheorie und der nicht-kommutativen polynomialen Optimierung wurzeln, werden die bestehenden Methoden den jüngsten theoretischen, experimentellen und technologischen Fortschritten nicht vollständig gerecht. Besonders deutlich wird dies im Zusammenhang mit Quantennetzwerkkorrelationen, wo sich herkömmliche Ansätze als unzureichend erweisen. 

Das Hauptziel dieses Seminars, das vom 11. bis 14. März im Physikzentrum Bad Honnef stattfand, war es, führende Experten und Nachwuchsforschende aus verschiedenen Bereichen – darunter Quantentheorie, Operatortheorie, Polynomoptimierung und mathematische Physik – zusammenzubringen, um gemeinsam neue Methoden zu entwickeln, mit denen sich die derzeitigen Beschränkungen überwinden lassen.

Das Seminar bot eine Plattform für den Austausch von Ideen, die Präsentation aktueller Fortschritte und die Förderung der interdisziplinären Zusammenarbeit. Ein besonderer Schwerpunkt lag darauf, fortgeschrittene mathematische Werkzeuge aus der Operatortheorie und der polynomialen Optimierung zugänglich und auf Probleme der Quanteninformation anwendbar zu machen. Die Diskussionen konzentrierten sich auf neuartige analytische Techniken, Berechnungsmethoden und neue theoretische Rahmen zum Verständnis von Quantenkorrelationen. 

Das Seminar hat erfolgreich die Notwendigkeit gezeigt, mathematische Strenge in die Quanteninformationsforschung zu integrieren. Durch die Überwindung von Gräben zwischen den Communities und die Förderung interdisziplinärer Ansätze hat das Seminar die Voraussetzungen für weitere Fortschritte in den Quantentechnologien geschaffen. Wir danken der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung für die finanzielle und organisatorische Unterstützung.

Prof. Dr. Mariami Gachechiladze, TU Darmstadt
Prof. Dr. Igor Klep, University of Ljubljana, Slowenien
Prof. Dr. Marc-Olivier Renou, Inria Paris-Saclay & CPHT, Frankreich