Lundbeckfondens Teoricenter for Kvantesystemforskning har som centralt tema studiet af kvantemekanisk kohærens i atomare systemer.

Arbejdet knytter an til de seneste teoretiske og eksperimentelle aktiviteter inden for kontrol, design og anvendelser af atomer på fundamentalt kvantemekanisk niveau. Mikroskopiske systemers bølgenatur medfører en rumlig delokalisering, som tillægger enkelte elektroner, atomer eller molekyler mulighed for kohærent at befinde sig forskellige steder eller i forskellige tilstande på samme tid. Bølgebeskrivelsen blev fremsat i 1920’erne; den førte umiddelbart til forudsigelsen af diskrete energitilstande i atomer og blev siden udgangspunkt for den kvantitative beskrivelse af al mikroskopisk fysik.

Med moderne teknikker går atomfysikken i det 21. århundrede nu forrest i studiet og udnyttelsen af de mest fundamentale kvantefysiske fænomener: Atomare gasser kan køles og manipuleres til, som bølger, at udstrække sig ovre makroskopiske afstande, og deres kollektive adfærd kan stimulere yderligere køling til bosekondensater ved nano-Kelvin temperaturer. Elektronbølgepakker i atomer og molekyler kan accelereres og stimuleres til at udsende stråling inden for et bredt spektrum med anvendelser som nye lyskilder og som diagnostisk signatur af ultra-hurtige fysiske og kemiske processer. Atomer og atomare ioner kan isoleres eksperimentelt og manipuleres som revolutionerende nyt medium for dataprocessering, og specielt tillader bølgenaturen her samtidige (parallelle) beregninger på et enkelt dataregister i den såkaldte kvantecomputer. Der er i de nævnte eksempler ikke blot tale om fænomener, som kun kan forstås kvantitativt korrekt ved brug af kvanteteorien, men om processer som i deres natur er ikke-klassiske og hvor der er tale om kontrol og udnyttelse af selve det kohærente bølgeaspekt ved den mikroskopiske dynamik.

Det er Centerets hensigt med ambitiøse forsknings- og uddannelsesprojekter inden for de nævnte emner at fastholde og udvikle Aarhus Universitet som et internationalt førende center for atomfysik. Det gøres ved at trække på vores etablerede internationale anerkendelse i de for tiden mest aktive og lovende forskningsområder i atomar, molekylær og optisk fysik, og specielt ved at anvende ideer og teknikker på tværs af disse forskningsområder.

Centerets medarbejdere har endvidere forfattet en række populærvidenskabelige indlæg på dansk.