Direkt zum Inhalt

Optik: Atome in Reih und Glied

Ordnung ist das halbe Leben. Das trifft auch zu, wenn man in die Tiefen der Physik hinabsteigt: Um einen Quantencomputer zu entwickeln, ist es wichtig, die Lage der mitwirkenden Atome genau zu kontrollieren. Zum Beispiel mit Hilfe einer optischen Pinzette.
Das Kinderzimmer aufzuräumen, mag zwar für viele Besitzer unangenehm sein, aber abgesehen von elterlichen Drohgebärden bedarf es kaum irgendwelcher Hilfsmittel. Bei einer Gruppe von Cäsium-Atomen Ordnung zu schaffen, stellt dagegen schon eine kompliziertere Aufgabe dar. Der Fachmann, der in diesem Zusammenhang von einem kontrollierbaren Quantensystem spricht, hat aber dennoch Methoden entwickelt, um die Atome an die richtige Stelle zu befördern – im wahrsten Sinne des Wortes.

Das Team um den Physiker Arno Rauschenbeutel von der Universität Bonn bremste dazu im Experiment mehrere Cäsium-Atome für eine Dauer von etlichen Sekunden so weit ab, dass sie sich fast nicht mehr bewegten. Dann wurden sie auf eine Art Förderband aus Laserstrahlen umgeladen. Dabei handelte es sich um eine stehende Lichtwelle aus vielen Wellenbergen und -tälern – vergleichbar mit einem Stück Wellpappe. "In welchem Wellental die Atome genau landen, lässt sich leider nicht vorhersagen", erklärt Rauschenbeutel. "Das ist ähnlich, als würde man mehrere Eier aus einer großen Schüssel in einen Eierkarton schütten – in welche Vertiefung sie dabei rutschen, ist Zufall."

Physiker bei der ArbeitLaden...
Physiker bei der Arbeit | Die Laserphysiker um Arno Rauschenbeutel arbeiten an der Konstruktion eines Quantencomputers.
Um mit Atomen rechnen zu können, muss man sie aber sehr exakt platzieren können. "Sämtliche Atome auf dem Förderband müssen denselben Abstand zueinander haben", skizziert Rauschenbeutel die Herausforderung. "Nur dann können wir sie in einem so genannten Quantengatter kontrolliert miteinander wechselwirken lassen." Durch Aneinanderreihen von solchen Gatteroperationen könnte man bereits einfache Quantenrechnungen durchführen.

Die Physiker haben daher in ihrem Experiment die Atome auf dem Förderband nachträglich "sortiert". Dazu machten sie zunächst ein Foto, um ihre Positionen festzustellen. Dann setzten sie das Förderband in Bewegung – und mit ihm die in den Wellentälern "eingesperrten" Cäsium-Atome. Auf diese Weise transportierten sie die falsch platzierten Atome zu einer Laserpinzette – im Prinzip nichts anderes als ein weiteres Förderband aus Laserstrahlen, das zum Transportband senkrecht steht. "Wenn wir nun die Lichtwelle der Pinzette in Bewegung versetzen, können wir damit falsch platzierte Atome vom Transportband heben", erläutert Rauschenbeutel. "Dann fahren wir das Transportband an die gewünschte Stelle und setzen das entfernte Atom dort einfach wieder ein." Auf diese Weise ist es den Forschern in nur etwa zwei Sekunden gelungen, bis zu sieben Atome zu sortieren.

Nächstes Ziel der Physiker ist der Bau eines Quantengatters. Dazu wollen sie zwei Cäsium-Atome mit Quanteninformation "beschreiben" und dann gemeinsam zwischen zwei winzige Spiegel sperren. Dort sollen sie miteinander wechselwirken, also durch Abgabe und Aufnahme von Fluoreszenzlicht Informationen austauschen. Wenn es klappt, wäre das der nächste Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer.

Lesermeinung

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

Partnerinhalte