Laserpinzette bewegt Atome wie auf einer Perlenschnur

Auf dem Weg zum Quantencomputer

Auf dem Weg zu einem so genannten Quantencomputer haben Physiker der Universität Bonn eine Art "Laserpinzette" entwickelt, mit der sie bis zu sieben einzelne Atome auf einer Linie wie bei einer Perlenschnur hin- und herschieben können.

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Bei dem Experiment hat das Team um Dr. Arno Rauschenbeutel und Professor Dr. Dieter Meschede Cäsiumatome für mehrere Sekunden durch Abkühlung so weit abgebremst, dass sie sich fast nicht mehr bewegten. Dann hat man sie auf ein "Förderband" aus Laserstrahlen umgelenkt. Dabei handelte es sich um eine stehende Lichtwelle aus vielen Bergen und Tälern - vergleichbar mit einem Stück Wellpappe.

"In welchem Wellental die Atome genau landen, lässt sich leider nicht vorhersagen", erklärte Arno 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."

Das Experiment dient der Entwicklung eines Quantencomputers. Um mit Atomen rechnen zu können, muss man sie aber sehr exakt platzieren können - ein einfaches Herumwerfen ist sinnlos.

"Sämtliche Atome auf dem Förderband müssen denselben Abstand zueinander haben", so Rauschenbeutel. "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.

Beim Experiment wurden die Atome auf dem Förderband nachträglich "sortiert". Dazu wurden zunächst die Positionen festgestellt und das Förderband in Bewegung gesetzt - und damit auch die in den Wellentälern fixierten Cäsiumatome. So wurden die falsch platzierten Atome zu einer "Laserpinzette" bewegt - das ist 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."

Als Nächstes wollen die Physiker mit dem Bau eines Quantengatters beginnen. Dazu wollen sie zwei Cäsiumatome mit Quanteninformation "beschreiben" und dann gemeinsam zwischen zwei winzige Spiegel sperren. Dort sollen sie miteinander zusammenwirken, indem sie durch Abgabe und Aufnahme von Fluoreszenzlicht Informationen austauschen können.

Ein GIF-Filmchen des Sortiervorgangs kann von der Universität Bonn abgerufen werden.

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