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Quantenphysik: Moderne Alchemie

Durch maßgeschneiderte Lichtpulse können Quantenphysiker die Eigenschaften von Molekülen, Atomen oder gar einzelnen Lichtteilchen nach ihren Wünschen verändern.
Die kilometergroße GoldkugelLaden...

Schon vor Jahrtausenden träumten Alchemisten davon, gewöhnliche Metalle in Gold zu verwandeln. Dass ihre Versuche zum Scheitern verurteilt waren, lernt man bereits in der Schule. Denn durch chemische Reaktionen wird man ein Element niemals in ein anderes überführen können – dafür bedarf es kernphysikalischer Prozesse, wie sie in einem Teilchenbeschleuniger stattfinden.

Dennoch lässt die Vision der antiken Gelehrten auch heutige Forscherinnen und Forscher nicht ganz kalt. Ist es vielleicht zumindest möglich, Stoffe so zu beeinflussen, dass sie die Eigenschaften eines anderen Materials nachahmen? Diesem Ziel jagen nun einige Physiker nach. Indem sie leitende Festkörper mit Lasern beleuchten, bringen sie diese dazu, sich wie ein Isolator zu verhalten und umgekehrt. Derartige Kontrolle von Quantensystemen könnte zu neuartigen Technologien führen, etwa zu hochpräzisen Sensoren, die kleinste elektromagnetische Felder aufspüren. Zudem hofft man, Phänomenen wie der Supraleitung ihre letzten Geheimnisse zu entlocken. Für ihre Experimente benötigen die Wissenschaftler bloß eine Hand voll Teilchen, leistungsstarke Laser – und extrem gute Kontrolle.

Doch zunächst muss man sowohl die Natur von Atomen als auch die des Lichts bis ins kleinste Detail verstehen …

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  • Quellen

Glaser, S. J. et al.: Training Schrödinger's cat: quantum optimal control. The European Physical Journal D 69, 2015

McCaul, G. et al.: Controlling arbitrary observables in correlated many-body systems. Physical Review A 101, 2020

McCaul, G. et al.: Driven imposters: Controlling expectations in many-body systems. Physical Review Letters 124, 2020