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Quanten "schmelzen" nicht

Von Eva Stanzl

Wissen

Rekorddistanz in der Teleportation: Globales Quanten-Internet ist machbar


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Wien. Seit Anfang des 20. Jahrhunderts erforschen Wissenschafter die Grundlagen der Quantenphysik - also die Zustände der kleinsten Teilchen. Die winzigen Quanten bleiben im Alltag zwar unbemerkt. Doch im Experiment verhalten sie sich anders als sichtbare Materie. Die genaue Kenntnis ihrer Eigenschaften könnte superschnelle Quanten-Computer auf den Weg bringen und neue Einsichten in die Ursprünge des Universums gewähren, da das All zu Beginn Quantenzustände annahm.

Physiker um Hans-Jörg Schmiedmayer vom Vienna Center for Quantum Science and Technology am Atominstitut der Technischen Universität (TU) Wien berichten im Fachblatt "Science", dass Quanten nicht "schmelzen" können. Zum Vergleich: Ein Schneekristall besteht aus geordneten Wassermolekülen in gefrorenem Eis. Schmilzt er, löst sich diese Ordnung auf. Ähnlich haben Quanten geordnete und ungeordnete Zustände. Die TU-Forscher haben nun beobachtet, wie der Übergang von geordnet zu ungeordnet vor sich geht - anhand von "ultrakalten Atomwolken".

Die Physiker brachten ein Quantengas auf Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt von minus 273,15 Grad und teilten es in zwei Teile. Dadurch entstand ein geordneter Zustand. Als sie die beiden Teile wieder zusammenführten, bildete sich bei der Überlagerung der beiden Hälften des Systems, die sich wie Materiewellen verhalten, ein geordnetes Interferenz-Muster, also das klassische Muster zweier sich überlagernder Wellen. "Die Form des Musters zeigt, dass die beiden Atom-Wolken nach wie vor nicht ,vergessen‘ haben, dass sie ursprünglich aus ein und derselben Wolke hervorgegangen sind", so Schmiedmayer. Mit der Zeit streben die geteilten Atomwolken in ein thermisches Gleichgewicht, und die Ordnung der Interferenz-Muster nimmt ab. Doch sie geht nicht sofort auf ein Minimum zurück, sondern verweilt "nach etwa zehn Millisekunden in einem stabilen Zwischenstadium, das man für Quantencomputer nutzen könnte", erklärt TU-Sprecher Florian Aigner.

Dass diese Computer im Internet sein können, haben Forscher um den Experimentalphysiker Anton Zeilinger bewiesen. Die Wissenschafter der Universität Wien und des Instituts für Quantenoptik konnten Quanteninformation über eine Rekorddistanz von 143 Kilometern zwischen den kanarischen Inseln La Palma und Teneriffa übertragen. "Wir konnten die technologische Machbarkeit für ein globales Quanten-Internet zeigen", berichten sie in "Nature".