Verschränkte Atome leuchten im Gleichklang

Neues aus der Forschung

Meldung vom 15.05.2018

Einem Team um Experimentalphysiker Rainer Blatt ist es gelungen, die Quantenverschränkung zweier räumlich getrennter Atome durch die Beobachtung ihrer Lichtemission zu charakterisieren. Dieses grundlegende Experiment könnte zur Entwicklung hochempfindlicher optischer Gradiometer zur präzisen Bestimmung des Schwerefelds oder des Erdmagnetfelds führen.


180515-2036_medium.jpg
 
Über die Interferenz von Lichtteilchen, die von zwei Atomen ausgesendet werden, lässt sich deren Verschränkung charakterisieren.
Gabriel Araneda, Daniel B. Higginbottom, Lukáš Slodička, Yves Colombe, Rainer Blatt
Interference of single photons emitted by entangled atoms in free space
Phys. Rev. Lett. 120, 193603
DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.193603


Das Zeitalter der Quantentechnologie ist längst eingeläutet. In der jahrzehntelangen Erforschung der Quantenwelt wurden Methoden entwickelt, die es heute möglich machen, Quanteneigenschaften gezielt für technische Anwendungen auszunutzen. Das Team um den Innsbrucker Quantencomputer-Pionier Rainer Blatt kontrolliert in seinen Experimenten in Ionenfallen einzelne Atome sehr exakt. Die gezielte Verschränkung dieser Quantenteilchen eröffnet nicht nur die Möglichkeit zum Bau eines Quantencomputers, sondern schafft auch die Grundlage für die Messung von physikalischen Eigenschaften in bisher ungekannter Präzision. Den Physikern ist es nun erstmals gelungen, die Interferenz von einzelnen Lichtteilchen, die von zwei verschränkten, aber räumlich getrennten Atomen ausgesendet werden, zu demonstrieren.

Sehr empfindliche Messungen

„Wir können heute die Position und Verschränkung von Teilchen sehr exakt kontrollieren und bei Bedarf einzelne Photonen erzeugen“, erzählt Gabriel Araneda aus dem Team von Rainer Blatt am Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck. „Zusammen ermöglicht uns das, die Auswirkungen von Verschränkung auf die kollektive Wechselwirkung von Atomen und Licht zu untersuchen.“ Die Physiker der Universität Innsbruck verglichen die Überlagerung von Licht, das einmal von verschränkten und ein andermal von nicht verschränkten Barium-Atomen ausgesendet wurde. Die Messungen zeigten, dass diese qualitativ unterschiedlich sind. Tatsächlich entspricht der gemessene Unterschied der Interferenzstreifen direkt dem Betrag der Verschränkung der Atome. „Auf diese Weise können wir die Verschränkung rein optisch charakterisieren“, unterstreicht Gabriel Araneda die Bedeutung des Experiments. Die Physiker konnten aber auch demonstrieren, dass das Interferenzsignal gegenüber Umwelteinflüssen am Standort der Atome sehr empfindlich ist. „Wir haben diese Empfindlichkeit ausgenutzt, um mit Hilfe des beobachteten Interferenzsignals die Magnetfeldgradienten zu ermitteln“, sagt Araneda. Die Technik könnte so die Grundlage für den Bau von hochempfindlichen optischen Gradiometer bilden. Da der gemessene Effekt vom Abstand der Teilchen unabhängig ist, könnten die Messungen einen präzisen Vergleich der Feldstärken zum Beispiel des Erdmagnetfelds oder der Gravitation an verschiedenen Ort ermöglichen.

Veröffentlicht wurde die Arbeit in der Fachzeitschrift Physical Review Letters. Die Forschungen wurden unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF, der Europäischen Union und der Tiroler Industrie finanziell unterstützt.


News der letzten 2 Wochen


Meldung vom 12.10.2018 17:11

Materiezustände durch Licht verändern

Physikerinnen und Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, mithilfe von Laserpulsen die Ordnung von ...

Meldung vom 12.10.2018 17:06

Elektronen schwimmen mit dem Strom

Sie schalten einen Schalter und das Licht geht an, weil Strom „fließt“. Die übliche Wahrnehmung ist, das ...

Meldung vom 12.10.2018 17:01

Der Zusammensetzung von Planeten auf der Spur

UZH-Forschende haben statistisch die Zusammensetzung und Struktur von weit entfernten Exoplaneten samt ihrer A ...

Meldung vom 12.10.2018 16:55

Stringtheorie: Ist Dunkle Energie überhaupt erlaubt

Eine neue Vermutung scheint die Stringtheorie aus den Angeln zu heben. Timm Wrase von der TU Wien veröffentli ...

Meldung vom 12.10.2018 16:49

Eine Reise zum Anbeginn der Zeit

Im Rahmen des „Pristine Survey“ sucht und erforscht ein internationales Team die ältesten Sterne unseres ...

Meldung vom 12.10.2018 16:41

Raumsonde Cassini beweist: Wassereis- und silikatreiche Partikel im Ringregen des Saturns

Die europäisch-amerikanische Mission Cassini-Huygens gehört zu den aufregendsten Weltraumflügen zur Erforsc ...

Meldung vom 12.10.2018 16:37

Neue Messungen fordern kosmologische Theorien heraus

Neue Messungen stellen die Astrophysik vor ein Rätsel: Demnach haben sich in der Zeit seit dem Urknall deutli ...

Meldung vom 12.10.2018 16:22

Molekulare Multiwerkzeuge

Die Funktionalisierung von Oberflächen mit verschiedenen physikalischen oder chemischen Eigenschaften ist ein ...

Meldung vom 12.10.2018 16:16

Wenn Centauren die Erde bedrohen

Die Astrophysiker Mattia Galiazzo und Rudolf Dvorak von der Universität Wien untersuchten gemeinsam mit Eliza ...

Meldung vom 03.10.2018 16:31

Erste Experimente an neuem Röntgenlaser enthüllen unbekannte Struktur von Antibiotika-Killer

Eine große internationale Forschergruppe unter DESY-Führung hat die Ergebnisse der ersten wissenschaftlichen ...

Meldung vom 03.10.2018 16:26

Neutronen tasten Magnetfelder im Innern von Proben ab

Ein HZB-Team hat am Forschungsreaktor BER II mit Hilfe einer neu entwickelten Neutronen-Tomographie erstmals d ...

Meldung vom 03.10.2018 16:21

Durchbruch in der Quantenphysik: Reaktion von Quantenfluid auf Fotoanregung gelöster Teilchen

Forscher der TU Graz beschreiben in Nature Communications den Prozess, der innerhalb einer Billionstel Sekunde ...

Meldung vom 03.10.2018 16:16

Das glimmende Universum

Mit dem MUSE-Spektrographen am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) entdeckten Wissensc ...

Meldung vom 03.10.2018 16:11

Studie: Atomare Verunreinigung ähnlich wie bei Edelsteinen dient als Quanten-Informationsspeicher

Für die Farben von Edelsteinen oder die Leistungsfähigkeit moderner Halbleiter sind Verunreinigungen in Mate ...

Meldung vom 03.10.2018 16:07

Maschinelles Lernen hilft, Photonik-Anwendungen zu optimieren

Photonische Nanostrukturen erhöhen nicht nur die Effizienz von Solarzellen, sondern verbessern auch die Wirks ...

Meldung vom 03.10.2018 16:02

Mit dem Rauschen arbeiten

Rauschen ist meistens ein unerwünschtes Phänomen, etwa bei einem aufgenom-menen Gespräch bei Umgebungslärm ...

Meldung vom 03.10.2018 15:48

Besser sehen durch Schall

Eine neue, vielversprechende Mikroskopiemethode wurde an der TU Wien entwickelt – die „Nanomechanische Abs ...

Meldung vom 03.10.2018 15:41

Höchste Taktraten lassen Elektronik kalt

nternationales Physiker-Team kombiniert Lichtwellen-Elektronik mit topologischen Isolatoren

Meldung vom 03.10.2018 15:37

Kupfer-Aluminium-Superatom

Äußerlich sieht der Cluster aus 55 Kupfer- und Aluminiumatomen aus wie ein Kristall, chemisch hat er jedoch ...

Meldung vom 03.10.2018 15:30

Mögliche Heimatsterne für das interstellare Objekt ‘Oumuamua

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Coryn Bailer-Jones vom Max-Planck-Institut für Astronomie hat d ...

Meldung vom 03.10.2018 15:22

Forscher untersuchten Wechselwirkungen in künstlichen Systemen

Wissenschaftler der Universitäten in Leipzig und Princeton haben in Experimenten herausgefunden, wie durch In ...

Meldung vom 03.10.2018 15:18

Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht

Wieso sind manche Metalle magnetisch? Diese einfache Frage ist wissenschaftlich gar nicht so leicht fundiert z ...

Meldung vom 03.10.2018 14:31

Erstmals gemessen: Wie lange dauert ein Quantensprung

Mit Hilfe ausgeklügelter Experimente und Berechnungen der TU Wien ist es erstmals gelungen, die Dauer des ber ...

Meldung vom 03.10.2018 13:56

Kernphysiker stellen Beobachtungen zum quantenchromodynamischen Phasenübergang vor

Dies ist eine gemeinsame Pressemitteilung der Universitäten Münster und Heidelberg sowie des GSI Helmholtzze ...

Meldung vom 03.10.2018 13:40

Was Einstein noch nicht wusste

Er liefert die Grundlage für Solarenergie und globale Kommunikation: der photoelektrische Effekt. Vor über e ...




11.05.2018:
Vorsicht, Glatteis!


Newsletter

Neues aus der Forschung