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Quantenphysik: Physiker koppeln Schwingungen einzelner Atome

Atomare Antennen
Noch ist unklar, wie Informationen zwischen den Speicherzellen eines künftigen Quantencomputers übertragen werden sollen. Vorbild für den Datentransfer könnten mit einer Feder verbundene Pendel sein. Das zeigten nun zwei Forschergruppen unabhängig voneinander. Zum ersten Mal koppelten sie die mechanischen Schwingungen von einzelnen Ionen direkt aneinander und demonstrierten, dass die Ionen ganz ähnlich wie zwei gekoppelte Pendel Energie austauschen. Die Wissenschaftler waren sogar in der Lage, den Energieaustausch zu kontrollieren, so dass er als technisch relativ einfach umsetzbares Kommunikationsmittel in einem Quantencomputer taugen könnte.

Atomare Antennen | Atomare Antennen könnten es möglich machen, Quanteninformation zwischen einzelnen Speicherzellen auf einem Computerchip auszutauschen.
Anders als gekoppelte Pendel aus der Makrowelt gehorchen die Ionen den bizarren Gesetzen der Quantenmechanik: Ihre Schwingungsenergie kann keine beliebigen Werte annehmen, sondern nur bestimmte. Die Forscher zeigten, dass sich die gekoppelten Quantenpendel dennoch analog zu gewöhnlichen gekoppelten Pendeln verhalten. Bei letzteren schwappt Energie zwischen den beiden Pendeln hin und her, so dass mal das eine stärker schwingt als das andere und umgekehrt. Auch die Quantenpendel tauschen Energie aus – allerdings nicht kontinuierlich. Sie werfen gewissermaßen winzige, kaum messbare Energiepakete hin und her.

Die Forscher um Kenton Brown vom National Institute of Standards and Technology in Boulder, US-Bundesstaat Colorado, sperrten Berylliumionen in einem Abstand von 40 Mikrometern in eine elektromagnetische Ionenfalle, in der sie hin- und herschwangen [1]. Der Feder der gekoppelten Pendel entsprach dabei die elektrostatische Kraft zwischen den elektrisch geladenen Ionen. Die Physiker um Rainer Blatt von der Universität Innsbruck hielten zwei Gruppen von Kalziumionen mit Hilfe elektromagnetischer Kräfte im Abstand von 50 Mikrometern gefangen, wobei jede Gruppe einem Pendel entsprach [2]. Die schwingenden Ionen wirkten hier wie eine Fernsehantenne: Sie strahlten elektromagnetische Wellen aus, die Energie von der einen Ionengruppe zur anderen transportierten. Dieser Effekt verstärkte sich mit der Anzahl der Ionen in einer Gruppe, was die Geschwindigkeit der Energieübertragung erhöhte. (cm)

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