Quantencomputer

Ultrastarke Wechselwirkung zwischen Licht und Materie

Ein Team um den Münchner Professor Rudolf Gross hat nun eine extrem starke Wechselwirkung zwischen Licht und Materie erzielt. Die Kopplung von Quantenbits mit Lichtquanten könnte ein Schritt in Richtung Quantencomputer sein.

Artikel veröffentlicht am ,
Quantencomputer: Ultrastarke Wechselwirkung zwischen Licht und Materie

Die starke Kopplung von Quantenbits mit Lichtquanten ist ein Schlüsselprozess beim Bau eines Quantencomputers. Hier vermelden Physiker der TU München, des Walther-Meißner-Instituts für Tieftemperaturforschung der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (WMI) und der Universität Augsburg zusammen mit Partnern aus Spanien einen wesentlichen Fortschritt: Sie erzeugten eine ultrastarke Wechselwirkung von Mikrowellenphotonen mit den Atomen eines nanostrukturierten Schaltkreises. Die dabei erreichte Wechselwirkung ist zehnmal stärker als die bisher für solche Systeme erzielten Werte.

  • Elektronenmikroskopische Aufnahme des supraleitenden Quantenschaltkreises (rot: Qubit aus Aluminium, grau: Resonator aus Niob, grün: Siliziumsubstrat)
  • Künstlerische Darstellung der Wechselwirkung eines supraleitenden Quantenschaltkreises mit einem Mikrowellenphoton
Elektronenmikroskopische Aufnahme des supraleitenden Quantenschaltkreises (rot: Qubit aus Aluminium, grau: Resonator aus Niob, grün: Siliziumsubstrat)
Stellenmarkt
  1. Chief Information Officer - CIO (m/w/d)
    CONITAS GmbH, Karlsruhe
  2. Go-to-Market Experte "New Work Produkte" (m/w/d)
    Haufe Group, Freiburg im Breisgau, Sankt Gallen (Home-Office möglich)
Detailsuche

Das einfachste System zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie besteht aus einem sogenannten Hohlraumresonator, in dem genau ein Lichtteilchen, ein Photon, und ein Atom eingesperrt sind (Cavity quantum electrodynamics, cavity QED). Die Experimente sind hierbei extrem aufwendig, da die Wechselwirkung sehr schwach ist. Eine sehr viel stärkere Wechselwirkung lässt sich mit nanostrukturierten Schaltkreisen erzielen, in denen bei Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt Metalle wie Aluminium supraleitend werden (circuit QED). Richtig aufgebaut verhalten sich die vielen Milliarden Atome der nur wenige Nanometer dicken Leiterbahnen des Schaltkreises so wie ein einziges künstliches Atom und gehorchen den Gesetzen der Quantenmechanik. Im einfachsten Fall erhält man so ein System mit zwei Energiezuständen, ein sogenanntes Quantenbit oder Qbit.

Bei seinen Experimenten fing das Team um Professor Gross ein Photon in einem Resonator aus einer supraleitenden Niob-Leiterbahn ein, die an beiden Enden mit für Mikrowellen sehr gut reflektierenden Spiegeln ausgestattet war. In diesem Resonator wird das aus einem Aluminiumschaltkreis bestehende "Atom" so platziert, dass es mit dem Photon optimal wechselwirken kann. Möglich wurde dies durch Zuhilfenahme eines supraleitenden Josephson-Kontakts.

Die dabei gemessene Wechselwirkungsstärke erreichte bis zu zwölf Prozent der Resonatorfrequenz. Sie ist damit zehnmal stärker als bisher in Circuit-QED-Systemen gemessene Wechselwirkungen und viele tausendmal stärker als die in echten Hohlraumresonatoren messbaren Effekte. Die gezielte Manipulation solcher Paare aus Atom und Photon könnte der Schlüssel zum Bau von Quantencomputern sein, so die Forscher.

Allerdings tut sich für die Forscher mit den Ergebnissen auch ein neues Problem auf: Bisher beschrieb das 1963 entwickelte Jaynes-Cummings-Modell alle beobachteten Effekte gut. Im Gebiet der ultrastarken Wechselwirkungen scheint die Theorie jedoch nicht mehr zu gelten: "Die Spektren sehen so aus, als hätten wir es hier mit einem völlig neuen Objekt zu tun", sagte Professor Gross. "Die Kopplung ist so stark, dass das Atom-Photon-Paar als eine neue Einheit betrachtet werden muss, eine Art Molekül aus einem Atom und einem Photon."

Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der Onlineausgabe des Magazins Nature Physics unter dem Titel Circuit quantum electrodynamics in the ultrastrong-coupling regime.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed


Aktuell auf der Startseite von Golem.de
Star Trek
Playmobil bringt 1 Meter langes Enterprise-Spielset

Star Treks klassische Enterprise NCC-1701 kommt mit den Hauptcharakteren, Phasern und Tribbles sowie einem Standfuß und einer Deckenhalterung.

Star Trek: Playmobil bringt 1 Meter langes Enterprise-Spielset
Artikel
  1. Materialforschung: Leichtes Schallschutzmaterial für leisere Luftfahrt
    Materialforschung
    Leichtes Schallschutzmaterial für leisere Luftfahrt

    Das Material wiegt nicht einmal ein Zehntel so viel wie heute eingesetzter Schaum zur Schalldämmung. Einsatzmöglichkeiten sehen die Erfinder vor allem in der Luftfahrt.

  2. Akkutechnik und E-Mobilität: Natrium-Ionen-Akkus werden echte Lithium-Alternative
    Akkutechnik und E-Mobilität
    Natrium-Ionen-Akkus werden echte Lithium-Alternative

    Faradion und der Tesla-Zulieferer CATL produzieren erste Natrium-Ionen-Akkus mit der Energiedichte von LFP. Sie sind kälteresistenter, sicherer und lithiumfrei.
    Von Frank Wunderlich-Pfeiffer

  3. World of Warcraft, Pokémon, Bitcoin: Moba Pokémon Unite startet schon bald
    World of Warcraft, Pokémon, Bitcoin
    Moba Pokémon Unite startet schon bald

    Sonst noch was? Was am 18. Juni 2021 neben den großen Meldungen sonst noch passiert ist, in aller Kürze.

Too human.. 10. Aug 2010

Tach, geht eigentlich am Thema etwas vorbei, aber da hier gerade das Thema öffentliche...

Ultraviolett 02. Aug 2010

Wenn Leute ein LATEINISCHES Wort in einem amerikanischen Wörterbuch nachschlagen müssen...

gähnende Leere 02. Aug 2010

Masse und Raumkrümmung sind nicht voneinander trennbar, sie gehen stets einher. Das eine...

PowerConsumer 02. Aug 2010

Und nun bitte eine Rechnung wie hoch der Strombedarf der beiden Systeme ist. ;)

pm (Golem.de) 02. Aug 2010

Ist korrigiert, danke für den Hinweis. Paul


Folgen Sie uns
       


Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Schnäppchen • Orange Week bei Cyberport: bis zu 70% Rabatt (u. a. WD Black SN750 1TB 109,90€) • Prime-Filme leihen für je 0,99€ • Weekend Deals (u. a. Seagate Expansion+ 4TB 89,90€) • 10% auf Gaming bei Ebay (u. a. AMD Ryzen 7 5800X 350,91€) • Apple Weekend bei MediaMarkt [Werbung]
    •  /