Quantenphysik: Forscher stellen einen Größenrekord bei quantenmechanischen Verschränkungen auf

Eines der spannendsten Gebiete in der aktuellen physikalischen Forschung ist sicherlich die Quantenphysik. Regelmäßig werden hier neue Entdeckungen gemeldet. Erst kürzlich gelang es Physikern erstmals, Objekte von fast makroskopischer Größe miteinander quantenphysikalisch zu verschränken. Zwei Forschergruppen erzeugten eine Quantenkopplung zwischen zwei vibrierenden Objekten, die etwa ein Dutzend Mikrometer groß waren. Damit stellten sie einen neuen Größenrekord im Bereich der quantenphysikalischen Verschränkung auf und eröffneten potentiell neue Anwendungsgebiete für das Phänomen.

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Quantenphysikalische Verschränkung war bisher auf kleinste Teilchen beschränkt

Die quantenphysikalische Verschränkung erlaubt es, den Zustand von Photonen, Ionen und Atomen unabhängig von ihrer Entfernung zueinander zu verkoppeln. Wenn sich der Zustand eines Teilchen verändert, löst das automatisch die Anpassung des anderen Teilchens aus. Das Phänomen ist die Grundlage für viele Anwendungen in der Quantenphysik, unter anderem auch für den Quantencomputer.

Bisher war die Verschränkung – ähnlich wie die sogenannten quantenphysikalische Überlagerung – jedoch auf kleinste Teilchen beschränkt. Im makroskopischen Bereich scheiterte sie an umweltbedingten Störfaktoren. Jedoch gelang es zwei Forschergruppen nun unabhängig voneinander, eine Verschränkung mechanischer Systeme im Mikrometer-Maßstab zu realisieren. Sowohl das Team rund um Caspar Ockeloen-Korppi von der Aalto-Universität sowie das um Ralf Riedinger von der Universität Wien erzeugte Oszillatoren-Paare, deren Schwingungen miteinander verschränkt waren – lediglich die genaue Methodik unterschied sich ein wenig. In beiden Fällen umfassten die Systeme mehrere Billionen Atome und wanderten somit an der Grenze zum Makroskopischen entlang.

Die Ergebnisse haben praktische Anwendungsmöglichkeiten

Den beiden Gruppen gelang es somit zu zeigen, dass quantenmechanische Verschränkungen von mechanischen Oszillatoren auch an der Schwelle zur Makrowelt durchaus möglich sind. In einem begleitenden Kommentar erklärt Andrew Armour von der University of Nottingham: „Diese Experimente bringen die Erforschung der Verschränkung in ganz neue Bereiche. Es wird faszinierend sein zu sehen, wie viel größer solche Experimente in den nächsten Jahrzehnten noch werden können.“

Bereits die von den beiden Arbeitsgruppen erreichten Ergebnisse könnten durchaus praktische Anwendungen haben. Die Oszillatoren von Riedinger und seinem Team eignet sich beispielsweise aufgrund ihrer Verschränkungen über ein optisches Feld die optische Datenübertragung. „Unser System kann direkt in reale faseroptische Quantennetzwerke eingefügt werden, die im konventionellen optischen Telekommunikations-Bereich arbeiten„, erklärten die Forscher.

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