Forscher der TU Wien gaben die Entdeckung eines Quantenmaterials bekannt, in dem sich Elektronen nicht mehr wie Teilchen verhalten, aber dennoch exotische topologische Zustände aufweisen. Dies stellt das konventionelle Verständnis der Abhängigkeit dieser Zustände von teilchenartigem Verhalten in Frage. Die am 15. Januar 2026 veröffentlichten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Topologie, ein Zweig der Mathematik, der Eigenschaften untersucht, die bei Verformungen erhalten bleiben, fundamentaler und verbreiteter ist als bisher angenommen.

Seit Jahrzehnten gehen Physiker davon aus, dass sich Elektronen, obwohl die Quantenmechanik eine Unschärfe ihrer Position vorschreibt, wie Teilchen verhalten, die sich durch Materialien bewegen. Dieses teilchenartige Verhalten galt als wesentlich für das Auftreten topologischer Zustände, die aufgrund ihrer Robustheit gegenüber Imperfektionen vielversprechend für Anwendungen im Quantencomputing und in der hochentwickelten Elektronik sind.

"Man ging immer davon aus, dass diese topologischen Zustände untrennbar mit der Teilchennatur der Elektronen verbunden sind", erklärte Professor Ulrich Hohenester, leitender Forscher an der TU Wien. "Unsere Forschung zeigt, dass dies nicht unbedingt der Fall ist. Das von uns untersuchte Material zeigt diese Zustände auch dann, wenn die Teilchenidentität des Elektrons vollständig verwischt ist."

Die Arbeit des Teams konzentrierte sich auf ein neuartiges Quantenmaterial, das in ihren Labors synthetisiert wurde. Durch eine Kombination aus spektroskopischen Messungen und theoretischer Modellierung beobachteten sie, dass Elektronen innerhalb des Materials in einem hochgradig verschränkten Zustand existierten, in dem ihre individuellen Teilcheneigenschaften nicht zu unterscheiden waren. Trotzdem wies das Material deutliche Anzeichen topologischer Zustände auf.

"Diese Entdeckung hat erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung neuer Quantenmaterialien", sagte Dr. Maria Rodriguez, eine an dem Projekt beteiligte Postdoktorandin. "Sie eröffnet die Möglichkeit, Materialien mit topologischen Eigenschaften auf der Grundlage völlig anderer Prinzipien zu entwerfen, was potenziell zu stabileren und vielseitigeren Quantengeräten führen könnte."

Die Auswirkungen erstrecken sich auf das breitere Feld der Physik der kondensierten Materie. Laut Dr. Jan Schmidt, einem theoretischen Physiker, der an der Forschung mitarbeitet, "zwingt uns dies, unser grundlegendes Verständnis der Entstehung topologischer Zustände zu überdenken. Es deutet darauf hin, dass die zugrunde liegende mathematische Struktur der Topologie wichtiger ist als die spezifische physikalische Realisierung."

Branchenexperten glauben, dass dieser Durchbruch die Entwicklung von topologischen Isolatoren, Materialien, die Elektrizität nur an ihrer Oberfläche leiten, und topologischen Supraleitern, die fehlertolerantes Quantencomputing ermöglichen könnten, beschleunigen könnte. Mehrere auf Quantenmaterialien spezialisierte Unternehmen untersuchen bereits potenzielle Anwendungen dieser Erkenntnisse.

"Diese Forschung bietet einen neuen Weg zur Schaffung robuster und skalierbarer Quantentechnologien", erklärte ein Sprecher von QuantumLeap Technologies, einem führenden Unternehmen im Bereich Quantencomputing. "Die Fähigkeit, topologische Zustände zu erzeugen, ohne auf teilchenartige Elektronen angewiesen zu sein, könnte einige der Einschränkungen überwinden, die derzeit den Fortschritt des Quantencomputings behindern."

Das Forschungsteam der TU Wien konzentriert sich nun auf die Erforschung anderer Materialien, die ein ähnliches Verhalten zeigen, und auf die Entwicklung theoretischer Modelle, um die zugrunde liegenden Mechanismen besser zu verstehen. Sie arbeiten auch mit experimentellen Gruppen zusammen, um Prototyp-Geräte auf der Basis dieser neuartigen topologischen Materialien herzustellen. Die nächste Forschungsphase wird die Prüfung der Stabilität und Leistung dieser Geräte unter verschiedenen Bedingungen umfassen und so den Weg für potenzielle kommerzielle Anwendungen ebnen.