Mehr Ordnung in der Quantenwelt

7. September 2008, 20:23
posten

Innsbrucker Physiker schlagen neue Experimente für sogenannte Vielteilchensysteme vor - Eine der möglichen Anwedungen: Quantencomputer

Innsbruck/Wien - Weltweit versuchen Physiker mehr Ordnung in die Welt der kleinsten Teilchen zu bringen, um die teils äußerst nützlichen Effekte der Quanten besser nutzen zu können. Innsbrucker Physiker um Sebastian Diehl, Andrea Micheli und Peter Zoller von der Uni Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) haben nun neue Experimente vorgeschlagen, wie sogenannte Vielteilchensysteme effektiver in Gleichklang zu bringen sind. Eine mögliche Anwendung des in der jüngsten Online-Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift "Nature Physics" vorgestellten Ansatzes wäre etwa der Quantencomputer.

Die Theoretiker nutzen, wie Diehl erklärte, das Phänomen der Dissipation (deutsch: Zerstreuung), das üblicherweise eigentlich Unordnung erzeugt. So kann Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt werden, praktisches Beispiel ist das Hände-Reiben an einem kalten Wintertag. Während die Bewegung der Hände gerichtet ist, ist die entstehende Wärme ungerichtet, die Ordnung nimmt ab.

Verkehrte Quantenwelt

Wie so oft sind die Verhältnisse in der Quantenwelt anders, wenn nicht sogar den Beobachtungen des täglichen Lebens gegenläufig. So setzen die Physiker die Dissipation ein, um die Ordnung zu erhöhen. Dabei wird eine Gruppe von rund 10.000 Atomen - ein Vielteilchensystem - mittels Laserstrahlen wie in einer Falle eingeschlossen. Mit einem zweiten Laser werden die Teilchen - es können beispielsweise Rubidium- oder auch Caesium-Atome sein - soweit abgebremst und damit gekühlt, dass sie nahe dem absoluten Nullpunkt von rund 273 Grad Celsius in den Gleichschritt des Bose-Einstein-Kondensats (BEC) versetzt werden. BEC ist ein eigener Zustand der Materie, in dem Teilchen gleichsam ihre Identität verlieren und wie ein einziges Objekt funktionieren.

Um diesen "perfekt reinen Vielteilchenzustand mit langreichweitiger Ordnung" auch wirklich kontrolliert herzustellen, kommt nun die Dissipation ins Spiel. Dabei sollen die rund 1.000 Atome in ein größeres System von Atomen eingebettet werden. Die Forscher sprechen dabei von einem "Bad" im größeren System mit etwa fünf Millionen Atomen. Durch die Möglichkeit, an das größere System Energie abzugeben, würde sich die Ordnung im kleineren System erhöhen.

Das neue an dem vorgeschlagenen Verfahren ist, dass auch angeregte Vielteilchenzustände gezielt präpariert werden könnten. Weitere potenzielle Anwendungen sehen die Forscher in der Herstellung von Zuständen, die in der Quanteninformationsverarbeitung und damit letztendlich für den Bau von Quantencomputern von Bedeutung sind. (APA/red)

Link
Tiefer Blick in die Quantenwelt - Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI), ÖAW

Share if you care.