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Aktuelles aus den Doktorandenkollegs

Schrödingers Gedankenexperiment

Forscher des Internationalen Doktorandenkollegs „Exploring Quantum Matter“ und dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) haben mithilfe eines verschränkten Atom-Licht Zustands Schrödingers Gedankenexperiment im Labor realisiert.

Schrödingers Katze

Im Jahr 1935 erdachte der österreichische Physiker Erwin Schrödinger ein Gedankenexperiment, um die paradoxen Eigenschaften der Quantenphysik zu verdeutlichen. Er stellte sich eine Katze in einer Kiste vor, die gleichzeitig tot und lebendig sein kann. Eine Gruppe von Forschern und Doktoranden des Internationalen Doktorandenkollegs "Exploring Quantum Matter", um Gerhard Rempe, Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) in Garching, hat eine optische Variante von Schrödingers Idee im Labor realisiert. Die Ergebnisse haben vielfältige Anwendungen in der Quantenkommunikation.

Fliegende optische Katzen

Das am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) durchgeführte Experiment, das eine Analogie zu Schrödingers Katze herstellt, wurde bereits 2005 von den beiden Theoretikern Wang und Duan vorgeschlagen. Die Katze wird dabei durch kohärente Laserpulse repräsentiert, die sich in einer Überlagerung aus zwei unterschiedlichen Phasen befinden können. Um solch einen Überlagerungszustand herzustellen, reflektieren die Forscher einen Laserpuls definierter Phase von einem optischen Resonator, der aus zwei Spiegeln im Abstand von nur 0.5 mm besteht. Der Resonator beinhaltet ein einzelnes gefangenes Atom, das anfänglich in einer Überlagerung von zwei Zuständen präpariert wird. Bei der Reflektion treten das Atom in dem Laserpuls in Wechselwirkung und werden miteinander verschränkt. Eine anschließende Messung des Atoms ermöglicht es, den gewünschten optischen Katzenzustand herzustellen.

Anwendungen für die Quantenkommunikation

Die erzielten Ergebnisse haben potenzielle Anwendungen in zukünftigen Quantennetzwerken. Die Experimente zeigen, dass es geeignete Messungen am Atom erlauben, einen ganzen Zoo unterschiedlicher Katzenzustände zu erzeugen. Diese Zustände sind nicht wie in Schrödingers Gedankenexperiment in einer Kiste eingeschlossen. Da sie aus Licht bestehen, können sie zwischen den Knoten eines Quantennetzwerks hin- und herfliegen und sogar Quanteninformation übertragen. Des Weiteren können Katzenzustände Protokolle zur Quantenfehlerkorrektur ermöglichen. Die Forscher hoffen, diese Eigenschaften in zukünftigen Experimenten nutzen zu können.

Text: Internationales Doktorandenkolleg "Exploring Quantum Matter"
Bild: Christoph Hohmann

veröffentlicht am