Neuer Materiezustand ultrakalter Atome entdeckt

3. Jänner 2002, 21:19
6 Postings

Riesengitter für Quantencomputer: Österreichisches Konzept vertausendfacht Quanten-Reichweite

München/Innsbruck/Wien - "Wir haben 1998 eine theoretische Arbeit geschrieben", hebt Quantenphysiker Peter Zoller an, "und jetzt hat das im Labor genau mit der Methode funktioniert, die wir vorgeschlagen haben. Ein unglaublicher Erfolg eigentlich."

Die Rede ist von einem so genannten Quanten-Phasenübergang, dem Wechsel in einen anderen Materiezustand, wie er dereinst für einen Quantencomputer nützlich sein könnte. Für die Festkörperphysik konnte so etwas noch in keinem Experiment gezeigt werden, bis es nun einem Physikerteam um Immanuel Bloch und Theo Hänsch vom Münchner Max-Planck-Institut für Quantenoptik gelang.

Analog zu den Lichtteilchen eines Lasers wurden Materieatome gleich ausgerichtet. Gelungen ist dies mit ultrakalten Atomen des Bose-Einstein-Kondensats, das in ein optisches Gitter geladen wurde, wie es von Lasern in den freien Raum geschrieben werden kann.

Foto: Max-Planck-Institut für Quantenoptik

"Dann", erläutert Peter Zoller von der Uni Innsbruck sein nun realisiertes Modell, "wurde die Laserintensität bis zu dem Punkt gesteigert, da plötzlich aus dem Bose-Einstein-Kondensat ein neuer Materiezustand wird."

Zoller vergleicht ihn mit vielen kleinen Töpfen, in denen jeweils ein einziges Atom liegt. "Eine periodische Struktur von ganz, ganz vielen Atomen."

"Bisher musste man das mit der Hand machen", sagt Quantenphysiker Zoller und meint so genannte Ionenfallen. "Aber da gingen zehn, vielleicht 30 Ionen rein, in München waren es 200.000 Atome. Bei Quantenoperationen sind die Ionenfallen, wie sie von der Gruppe um Rainer Blatt in Innsbruck gebaut werden, allerdings noch wesentliche Schritte voraus, aber für neutrale Atome stoßen die Münchner Experimente das Tor zu einer neuen Welt auf - mit unglaublich vielen Anwendungen. Denn die einzelnen Atome in den Töpfchen sind ideale Quantenbits, wo man Quanteninformation abspeichern könnte." Bisher war man aber nicht imstande, so viele einzelne Atome in regel- mäßigen Abständen anzuordnen.

Fehlerkorrektur

Konkret bekommen die Physiker damit ein leidiges Problem der Quantenkommunikation langsam in den Griff: dass die Fehleranfälligkeit des optischen Kanals über größere Distanzen exponentiell mit der Entfernung steigt.

Den Fehlern rückte ein Physikerteam um Zoller kürzlich auch ganz anders zu Leibe - mit dem Konzept für einen "Quanten-Repeater", der korrigieren können soll.

Nun hofft er wieder auf ein Qu(a)entchen Glück, dass ihn wieder jemand mit Experimenten bestätigt. (DER STANDARD, Print-Ausgabe, 4. 1. 2002)

Von Roland Schönbauer

"Max-Planck-Institut für Quantenoptik"

"Nature" (Vol. 415, S. 39-44)
Share if you care.