17.05.2018

Verschränkte Atome leuchten im Gleichklang

Verfahren könnte Grundlage für hoch­empfind­liche optische Gradio­meter bilden.

In der jahrzehntelangen Erforschung der Quantenwelt wurden Methoden ent­wickelt, die es heute möglich machen, Quanten­eigen­schaften gezielt für tech­nische Anwen­dungen aus­zu­nutzen. Das Team um Rainer Blatt an der Uni­ver­sität Inns­bruck 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 Forschern gelang jetzt erst­mals, die Inter­ferenz von ein­zelnen Licht­teil­chen, die von zwei ver­schränkten, aber räum­lich getrennten Atomen aus­ge­sendet werden, zu demon­strieren.

Abb.: Über die Interferenz von Lichtteilchen, die von zwei Atomen aus­ge­sendet werden, lässt sich deren Ver­schrän­kung charak­teri­sieren. (Bild: H. Ritsch, IQOQI Inns­bruck)

„Wir können heute die Position und Verschränkung von Teilchen sehr exakt kontrol­lieren und bei Bedarf einzelne Photonen erzeugen“, erzählt Team-Mitglied Gabriel Araneda. „Zusammen ermög­licht uns das, die Aus­wir­kungen von Ver­schrän­kung auf die kollek­tive Wechsel­wirkung von Atomen und Licht zu unter­suchen.“ Die Forscher 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 Araneda die Bedeu­tung des Experi­ments. Die Wissen­schaftler 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 Gradio­metern 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.

U. Innsbruck / RK

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