Verschränkte Atome leuchten im Gleichklang

Neues aus der Forschung

15.05.2018

Verschränkte Atome leuchten im Gleichklang

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.


09.08.2018

Quantenketten in Graphen-Nanobändern

Empa-Forschenden ist gemeinsam mit Forschenden des Max Planck Instituts für Polymerforschung in Mainz und wei ...

09.08.2018

Langsam, aber effizient

Intensive Laser-Cluster Wechselwirkungen führen zu niedrigenergetischer Elektronenemission

09.08.2018

Wärmer als gedacht: Sekundäroptik beim Wärmemanagement von Weißlicht-LEDs

Ein optimales Wärmemanagement ist entscheidend für die Leistung und Lebensdauer von Weißlicht-LEDs. Die Tem ...

08.08.2018

Weltrekord: Schnellste 3D-Tomographien an BESSY II

Ein HZB-Team hat an der EDDI-Beamline an BESSY II einen raffinierten Präzisions-Drehtisch entwickelt und mit ...

08.08.2018

Festes Kohlendioxid im tiefen Erdinneren - Neue Modelle der Entstehung von Diamanten nötig

Ein internationales Forschungsteam aus Wien und Florenz hat durch Messungen an der Europäischen Synchrotronst ...

08.08.2018

Eis unter Hochdruck: Bayreuther Forscher beobachten erstmals den Strukturwandel von Eiskristallen

Eiswürfel im Kühlschrank oder Eiszapfen an der Dachrinne sind vertraute Alltagsbeispiele für gefrorenes Was ...

08.08.2018

Neuartige Quantenkontrolle über ein Drei-Zustands-Spin-System

Wissenschaftler konnten erstmals die Quanteninterferenzen in einem quantenmechanischen Drei-Zustands-System un ...

07.08.2018

Millionenfache Verstärkung elektromagnetischer Wellen nahe Jupiter-Mond Ganymed

"Chorwellen" heißen so, weil sie klingen wie der Vogelchor im Morgengrauen. Tatsächlich jedoch sind es elekt ...

06.08.2018

Mit Elektronenstrahlstrukturierung zu höchstauflösenden OLED-Vollfarbdisplays

OLED-Mikrodisplays etablieren sich zunehmend für den Einsatz in künftigen Wearables und Datenbrillen. Um den ...

06.08.2018

Abstürzende Monde: Was bei der Kollision der frühen Erde mit ihren Begleitern passierte

Internationales Forscherteam unter Beteiligung der Universität Tübingen simuliert ein mögliches Schicksal d ...

05.08.2018

Akustische Oberflächenwellen geben in neuronalem Netz den Ton an

Biophysiker aus Augsburg und Santa Barbara berichten in "Physical Review E" über das erstmalige Gelingen eine ...

02.08.2018

Verbundprojekt VIPE: Vierbeiniger DFKI-Laufroboter unterstützt Marserkundung im Roboterschwarm

Die Entwicklung eines heterogenen, autonomen Roboterschwarms zur Erforschung des Valles Marineris auf dem Mars ...

01.08.2018

Einblick in Verlustprozesse in Perowskit-Solarzellen ermöglicht Verbesserung der Effizienz

In Perowskit-Solarzellen gehen Ladungsträger vor allem durch Rekombination an Defekten an den Grenzflächen v ...



11.05.2018:
Vorsicht, Glatteis!





Das könnte Dich auch interessieren


Newsletter

(Neues aus der Forschung)