Quantensprung für verschränkte Atome

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Zwei Forschergruppen in Österreich und den USA haben voneinander unabhängig zwei neue Rekorde in der quantenmechanischen Koppelung von Atomen aufgestellt. Während die Forscher aus Colorado mittels elektromagnetischer Fallen sechs Berylliumionen miteinander quantenmechanisch verschränkten, gelang dieses Meisterstück den Innsbruckern gleich mit acht Kalziumionen. Trotz dieser Erfolge wird der lang ersehnte, für praktische Rechnungen einsetzbare Quantencomputer wohl noch eine ganze Zeit lang auf sich warten lassen.

Dietrich Leibfried und seine Kollegen des National Institute of Standards and Technology (NIST) und Hartmut Haffner aus Innsbruck benutzten für ihre Experimente so genannte Ionenfallen, in denen Ionen bei ultrakalten Temperaturen in elektromagnetischen Fallen festgehalten werden. In den Experimenten der beiden Forschergruppen konnten die Ionen dann mithilfe von Laserstrahlen quantenmechanisch gekoppelt werden.

Dieser auch als Verschränkung bezeichnete Vorgang macht den quantenmechanischen Zustand eines Ions der Gruppe von dem aller anderen Ionen abhängig. Die Ionen können dabei auch mehrere Zustände gleichzeitig annehmen. Sobald allerdings an einem Ion eine Messung durchgeführt wird, bricht diese Überlagerung zusammen, und das Ion tritt in einen wohldefinierten Zustand ein („Kollaps der Wellenfunktion“).

Durch diese Messung wird gleichzeitig der Zustand aller anderen, mit dem Ion quantenmechanisch gekoppelten Ionen festgelegt. Wissenschaftler glauben, auf diese Weise Computer mit bisher unerreichter Geschwindigkeit und Speicherkapazität herstellen zu können. Dabei würden die Informationen in miteinander verschränkten Atomen oder Ionen gespeichert werden. Zur Informationsübertragung würde ein Quantencomputer miteinander verschränkte Photonen benutzen. Bereits im letzten Jahr war es Forschern gelungen, jeweils fünf dieser Lichtquanten miteinander zu verschränken.

Nature (Bd. 438, S. 639 und 643) Stefan Maier

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