Physiker haben erstmals nicht Photonen sondern Elektronen so voneinander getrennt, dass diese weiterhin „verschränkt“ geblieben sind. Kohlenstoff-Nanoröhrchen dienten dabei als Teiler im Elektronenstrahl. Mit dieser jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlichten Trennung gelang ein wichtiger Schritt hin zur Entwicklung von Quantencomputern und Quantenkommunikation.
Nach den Grundsätzen der Quantenmechanik können zwei mikroskopisch kleine Objekte miteinander auf komplexe Art und Weise verbunden sein auch wenn sie räumlich voneinander getrennt werden. Stört man dann das eine Objekt, wird dieses beim anderen messbar. Da die beiden Objekte dabei keine Information untereinander austauschen, scheinen die Teilchen den Messprozess des jeweils anderen bereits vor dessen Eintreten zu kennen. Die Werte der Messungen für die beiden Teilchen sind trotz der räumlichen Trennung streng korreliert sind. Dieser nach den Physikern Einstein, Podolski und Rosen benannte EPR-Effekt könnte sich theoretisch für die Übermittlung und Verschlüsselung von Daten nutzen lassen.
Quantencomputer bräuchten verschränkte Elektronen
Für die Entwicklung von Quantencomputern ist jedoch eine stärkere Wechselwirkung erforderlich als sie bisher zwischen Photonen nachgewiesen worden ist. Gut geeignet wäre eine Verschränkung von Elektronen in einem Festkörper, doch diese ist bisher noch nicht ausreichend experimentell nachgewiesen worden. Ein bedeutender Schritt in die richtige Richtung ist nun jedoch einem internationalen Forscherteam gelungen, an dem neben Forschern der Universität Regensburg um Professor Christoph Strunk und Lorenz Herrmann vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik auch Wissenschaftler aus Frankreich und Spanien beteiligt waren. Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass sich quantenmechanisch verschränkte Elektronen in Festkörpern räumlich voneinander trennen lassen.
Nanoröhren als „Strahlteiler“
Für ihre Arbeit griffen die Forscher auf Kohlenstoff-Nanoröhren zurück. Im Rahmen ihrer Experimente ließen die Forscher verschränkte Elektronen – so genannte Cooper-Paare – über eine Supraleiter-Brücke fließen, bis diese eine Kohlenstoff-Nanoröhre erreichten, die dann als elektronisches Äquivalent eines Strahlenteilers diente. In verschiedenen Fällen trennten sich daraufhin die Elektronen und wurden zu den unterschiedlichen Messpunkten geleitet.
Elektronen getrennt, Nachweis der Verschränkung als nächstes
Damit isteine erste Hürde zum experimentellen Nachweis des EPR-Effekts erreicht: Die potenziell verschwänkten Elektronen wurden räumlich getrennt. Ob diese Elektronen nun allerdings tatsächlich weiterhin verbunden sind, muss in einem nächsten Schritt noch nachgewiesen werden. Derzeit wird global an diesem experimentellen Nachweis gearbeitet, der einen herausragenden Durchbruch in der Quantenphysik darstellen würde. Die Gruppe der Regensburger Physiker liegt dabei sehr gut im Rennen.
Quantencomputer sind derzeit noch hypothetische Rechner, die aber in der Lage wären, komplexe Rechenoperationen in einem Bruchteil der Zeit eines herkömmlichen Computers zu erledigen. Die jüngsten Ergebnisse des internationalen Forscherteams bieten darüber hinaus vielfältige Perspektiven für die Analyse quantenmechanischer Effekte in Festkörper-Systemen.
(Universität Regensburg, 12.02.2010 – NPO)
