Erfolgsmeldungen aus der seltsamen Welt der Quanten

12. Juni 2014, 20:01
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Tunneleffekt und Durchbruch beim Quantenrechnen: Die aktuelle Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Science " wartet gleich mit zwei Innsbrucker Studien auf

Innsbruck - Verschränkte Teilchen, verschränkte Studien: Die in Österreich betriebene Quantenforschung wird ihrem ausgezeichneten internationalen Ruf einmal mehr gerecht und ist in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Science" gleich mit zwei Studien vertreten.

Seltsam erscheint uns die Welt der Quanten deshalb, weil hier andere physikalische Regeln gelten als in dem uns vertrauten Bezugsrahmen. Ein Beispiel ist das Phänomen der Verschränkung, das sich aus der Wechselwirkung zweier Quantensysteme ergibt - und das auch dann erhalten bleibt, wenn sich die beiden Teilsysteme weit voneinander entfernt haben. Nicht umsonst wird hier gerne von der "spukhaften Fernwirkung" gesprochen: Es handelt sich um Effekte, die unseren Alltagserfahrungen komplett zu widersprechen scheinen.

Eine Räuberleiter

In der ersten "Science"-Studie haben sich Wissenschafter vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck mit einem solchen Phänomen beschäftigt, dem Tunneleffekt. Die Forscher um Hanns-Christoph Nägerl kühlten eine Wolke aus bosonischen Cäsium-Atomen bis nahe an den absoluten Nullpunkt von minus 273,15 Grad Celsius ab und platzierten sie in einer sogenannten Potenziallandschaft, einer Gitterstruktur, deren "Wände" die Teilchen daran hindern, ihren Platz zu verlassen. Der Tunneleffekt könnte ihnen dabei helfen - wäre nicht der Nachbarplatz schon von einem anderen Teilchen besetzt. Dieses Hindernis tricksten die Forscher aus, indem sie eine genau abgemessene Kraft auf die Teilchen einwirken ließen, die sie gemeinsam tunneln ließ - und das gleich über mehrere Barrieren hinweg. Nägerl vergleicht den Effekt, der für Hochtemperatur-Supraleiter eine Rolle spielen könnte, mit einer Räuberleiter.

Erste Rechenoperationen

Für die zweite Studie haben Institutskollegen erstmals einfache Rechnungen durchgeführt, indem sie ein Quantenbit - also ein Quantensystem, das nur zwei durch Messung sicher unterscheidbare Zustände hat - in Verschränkung mehrerer Teilchen kodiert haben. Die Wissenschafter aus der Forschungsgruppe um Rainer Blatt arbeiteten mit Madrider Kollegen zusammen, um in einer Ionenfalle sieben Kalziumatome einzufangen, nahe an den absoluten Nullpunkt abzukühlen und präzise kontrollieren zu können.

Die sieben Atome gezielt zur Speicherung eines einzigen Quantenbits zu verwenden, erste Rechenoperationen durchführen und zugleich Fehler korrigieren zu können, werten die Forscher als echten Durchbruch. Und doch ist dies erst ein Grundbaustein für wesentlich größere Quantensysteme der Zukunft, wie der Innsbrucker Forscher Thomas Monz erklärt: ein Schritt zu einem zuverlässigen, fehlertoleranten Quantencomputer. (APA, jdo/DER STANDARD, 13.6.2014)

  • Panorama aus der Welt der Quanten: Sieben Atome speichern ein Quantenbit, ein möglicher Grundbaustein für größere Systeme der Zukunft.
    illustration: iqoqi / harald ritsch

    Panorama aus der Welt der Quanten: Sieben Atome speichern ein Quantenbit, ein möglicher Grundbaustein für größere Systeme der Zukunft.

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