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Quantenmessungen: Übergänge verschränkter Ionen messen

Ein Team von Wissenschaftlern um Christian Roos von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Innsbruck hat die Übergänge von Atomen zwischen zwei Zuständen mit bislang unerreichter Genauigkeit gemessen, indem es zwei Atome quantenmechanisch eng miteinander koppelte. Diese Verschränkung bewirkt, dass die Teilchen sich in bestimmten Hinsichten wie ein einziges Teilchen verhalten, obwohl sie räumlich voneinander getrennt existieren.

In dem Experiment verschränkten die Forscher zwei Kalzium-Ionen miteinander und beschossen die durch wenige millionstel Meter getrennten Atome mit Laserstrahlen. Deren elektromagnetische Felder ließen die Atome zwischen Zuständen mit leicht unterschiedlichen Energiegehalten hin und her wechseln. Ein Vorgang, wie er ganz ähnlich in Atomuhren abläuft und als Grundlage für die Zeitmessung fungiert.

Es stellte sich heraus, dass die Verschränkung stabilisierend auf die vermessenen Ionen wirkte, sodass diese weniger empfindlich auf störende Einflüsse von außen reagierten. Als Folge war das Größenverhältnis zwischen dem erwünschten Signal und dem unerwünschten Rauschen günstiger als bei konventionellen Systemen mit einzelnen Atomen. Damit bieten verschränkte Ionenpaare sich als hochpräzise Taktgeber bei ultragenauen Messungen in Umgebungen mit elektromagnetischen Störungen an.

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