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Montag, 29.05.2017
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“Eierkarton” aus Licht fängt Atome

„Löcher“ in optischem Gitter als Schritt zum Quantencomputer?

Winzige Löcher mit nichts darin: Optische Gitter mit "Atomfallen" könnten einen Weg zu neuartigen Computern eröffnen. Amerikanischen Wissenschaftlern ist es gelungen, in einer Oberfläche aus Laserlicht Vertiefungen zu erzeugen, in die eines Tages Atome eines Quantencomputers aufnehmen könnten.
"Eierkarton" aus Licht mit Atomen

"Eierkarton" aus Licht mit Atomen

Weltweit suchen Wissenschaftler fieberhaft nach Verfahren, mit denen die quantenmechanischen Eigenschaften von Atomen für zukünftige Datenverarbeitung nutzbar gemacht werden können. Diese so genannten Quantencomputer wären um ein Vielfaches schneller – und kleiner – als die stärksten heutigen Rechner. Eine der vielversprechenden Strategien für die Entwicklung dieses neuen Computertyps beinhaltet die gezielte Platzierung von einzelnen Atomen auf einem Chip, deren Quanteneigenschaften dann durch Laserlicht ausgelesen werden.

Greg Lafyatis, Physikprofessor an der amerikanischen Ohio State Universität in Columbus, hat gemeinsam mit seiner Mitarbeiterin Katharina Christandl einen Chip mit einer Oberfläche aus Laserlicht entwickelt, die wie eine Ansammlung von winzigen Atomfallen arbeitet. Das “Fallengitter” entsteht, wenn zwei Laserstrahlen im Inneren eines dünnen transparenten Überzugs auf dem Chip aufeinander treffen. Die auftretenden Interferenzen lassen ein Muster aus Hebungen und Senken entstehen – ein Eierkarton-ähnliches Gitter aus Licht.

Als die Physiker ihr Gitterdesign erstmals auf dem Computer modellierten, hatten sie genau dies auch erwartet. Zu ihrer Überraschung jedoch zeigte die Simulation auch, dass jede Senke im “Eierkarton” einen dunklen Fleck, ein winzige leere Stelle umgeben von elektrischen Feldern enthielt – ideal geeignet als „Falle“ und Lager für einzelne Atome.


Im nächsten Schritt wollen die Forscher nun herausfinden, ob diese „Fallen“ auch in der Praxis Atome aufnehmen. „Wir sind ziemlich sicher, dass wir Atome einfangen können – den ersten Schritt zur Entwicklung eines Quantenspeicherchips“, erklärt Lafyatis. Allerdings, so erklärt er in seiner Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Physical Review A, sei die Forschung von einem nach diesem Prinzip arbeitenden Computer noch Jahre entfernt.

Tatsächlich schätzt Christandl, dass sie noch zwei Jahre benötigen könnten, um die Atome einzeln auf die Fallen zu verteilen – die Grundvoraussetzung für einen Quantencomputer. „Zur Zeit versuchen wir erstmal, die Atome überhaupt in die Fallen zu bekommen“, erklärt die Forscherin.

Immerhin ist es Lafyatis und Christandl bereits gelungen, mithilfe von Magnetfeldern eine erbsengroße Wolke aus Milliarden Rubidium-Atomen zu formen. Jetzt arbeiten sie daran, diese Wolke über einen Chip mit dem neuen optischen Gitter zu manövrieren. Theoretisch bräuchten sie dann nur noch im richtigen Augenblick die Wolke aus ihrem Magnetkäfig zu befreien – und die Atome würden in die unter ihnen wartenden Fallen fallen. Beide Forscher hoffen, dass genau dieser Versuch ihnen bis zum Sommer diesen Jahres gelingt – ein großes Echo wäre ihnen sicher.
(Ohio State University, 27.04.2005 - NPO)
 
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