Quantenhopser statt Sprünge

» Von Jens Stark , 30.08.2002 10:39.

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Gefangen in der Quantenpfütze

Alle genannten Verfahren zeigen allerdings, dass der menschliche Einfluss auf das Verhalten der Quanten sehr gering ist. Wir wollen aber kontrollieren, was da im Nanobereich abgeht. Erst dann lassen sich auch Rechner bauen. Einen ersten Schritt auf diesem Weg haben Wissenschaftler aus München gezeigt. Sie haben die Quanten in spezielle Aggregatzustände gebracht und damit eine Art Quantenschalter entwickelt.

Neben flüssig, fest und gasförmig gibt es weitere Aggregatzustände. So etwa den Plasma genannten Zustand, der bei sehr hohen Temperaturen entsteht und bei dem Atomkern und Elektronen auseinander gerissen werden. Für die Quantencomputerbauer sind allerdings zwei weitere Zustände der Materie von Interesse. Bei sehr tiefen Temperaturen können Quanten als Bose-Einstein-Kondensat und als Mott-Isolator auftreten. Während ersteres einer Flüssigkeit gleicht, kann letzterer mit einem Kristall verglichen werden.

Um das Bose-Einstein-Kondensat, benannt nach dem zungezeigenden Physiker und dem indischen Forscher Satyendra Bose, zu erhalten, haben die Münchner Forscher Immanuel Bloch und Theodor Hänsch zusammen mit dem ETH-Wissenschaftler Tilmann Esslinger hunderttausende Rubidiumatome auf eine Temperatur von einem Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlt. Starr vor Kälte verlieren Atome ihren Teilchencharakter und werden zu einer Schmelze von Atomwellen. Diese Quantenpfütze oder Supraflüssigkeit wird nun mit Laserlicht aus verschiedenen Richtungen durchleuchtet. Die Rubidiumwellen schaukeln sich in der Folge gegenseitig auf oder heben sich auf. Dadurch sieht das Kondensat bald wie ein Kristallgitter aus. Bei einer gewissen Intensität des Laserlichts, so die Forscher, werden die Rubidiumwellen dann in diesem Lichtgitter gefesselt. Sie bleiben also stehen und erstarren. Der so erlangte Zustand nennt sich Mott-Isolator. Durch diese Aktion hätten sie sozusagen einen Schalter gefunden, mit dem zwischen zwei Zuständen der Materie hin- und hergeschalten werden könne, frohlockt Bloch.

Bis allerdings auch dieser 'Schalter' zum Baustein eines Quantencomputers werden kann, dürfte es noch eine Weile dauern. Man denke nur daran, wie aufwändig es ist, ein Milliardstel Grad Kelvin in einer massentauglichen Rechenmaschine zu erzeugen. Es bedarf somit noch einiges an Grundlagenforschung, bis Supraflüssigkeiten und -leiter gefunden werden, die auch bei Zimmertemperatur ihre phänomenalen Eigenschaften beibehalten.

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