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Max-Planck-Forscher schaffen mit der quasipermanenten Speicherung eines Atoms zwischen zwei Spiegeln - die Voraussetzung für verteilte Quantencomputer
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Kühlung von Atomen im Resonator: Mit Hilfe mehrerer Laserstrahlen (rot und grün) werden einzelne Atome (gelb) im Lichtfeld eines optischen Resonators (blau) eingefangen und dort so weit zur Ruhe gebracht, dass ihre Bewegung nur noch durch die quantenmechanische Unschärfe bestimmt wird.
Bild: Max-Planck-Institut für Quantenoptik
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Komplexe Rechenoperationen ließen sich durch massive Parallelverarbeitung auf einem Quantencomputer erheblich beschleunigen. Die kleinsten Informationseinheiten sind dabei so genannte Quantenbits, die durch Atome oder Moleküle realisiert werden könnten, vorausgesetzt, man kann deren Position, Quantenzustände sowie Wechselwirkung mit anderen Teilchen nach Belieben manipulieren. Einzelne Atome in einem optischen Resonator so zu kontrollieren, ist nun ein Forscherteam um Professor Gerhard Rempe am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München einen entscheidenden Schritt näher gekommen. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift "Nature Physics" berichten, gelang es ihnen, einzelne Rubidiumatome mit einer ausgeklügelten Anordnung von Lasern in einem optischen Resonator in allen Bewegungsrichtungen zu kühlen und dort im Durchschnitt 17 Sekunden lang zu halten. Das ist die bei weitem längste Speicherzeit, die bisher in stark gekoppelten Atom-Resonator-Systemen erreicht wurde.
Neutrale Atome einzufangen, abzukühlen und zu speichern, erfordert eine ausgeklügelte Vorgehensweise. Am Beginn steht die nun schon fast klassische Laserkühlung in einer "magnetooptischen Falle". Hier werden die Atome aus sechs Richtungen mit Laserstrahlen beschossen, deren Frequenz etwas unterhalb der Anregungsenergie liegt. Auf diese Weise absorbieren die Teilchen immer dann Licht, wenn sie sich auf den Strahl zu bewegen - dann sind sie aufgrund des Dopplereffekts in Resonanz - und werden dabei in dieser Richtung abgebremst. Auf ein einzelnes Atom oder Molekül angewandt bedeutet der Begriff Abkühlung, dass dem Teilchen immer mehr Bewegungsenergie entzogen wird.
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