Gleich zwei Arbeiten <a href=http://www.uibk.ac.at/exphys>Innsbrucker Quantenphysiker</a> sind in der vergangenen Woche in der renommierten Zeitschrift „Nature“ erschienen: Die Forschungsgruppe von Rainer Blatt hat eine frei justierbare Schnittstelle für Quantennetzwerke gebaut, ein Team um Rudolf Grimm konnte ein neues Quasiteilchen zu erzeugen.

Möglichen Anwendungen der Quantenphysik in der Informatik wird seit geraumer Zeit große Aufmerksamkeit zuteil. Da die in Quantensystemen enthaltene Information nicht den Gesetzen der herkömmlichen Informationstheorie folgt, könnten mit ihnen, so die Hoffnung vieler Forscher,  neuartige Computer und Systeme zur Informationsübertragung geschaffen werden. Um Information in einem Quantennetzwerk zu übertragen, muss ein Quantenzustand von einem Knoten des Netzwerks auf einen anderen übertragen werden. Bisherige Methoden, ein solche Übertragung  durch die Verschränkung von zwischen Ionen und Photonen zustande zubringen waren aber von bestimmten Nachteilen gekennzeichnet.

Einem Team um Rainer Blatt, Tracy Nothrup und Andreas Stute am Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck hat nun einen neuen Ansatz versucht: Ein Calcium-Ion wird in einer Paul-Falle in einem elektrischen Wechselfeld gefangen und in einem optischen Resonator aus zwei stark reflektierenden Spiegeln platziert. Mit einem Laser wird das Ion angeregt und dabei ein mit ihm verschränktes Photon erzeugt. Durch die Wahl von Frequenz und Amplitude des Lasers kann nun die Verschränkung zwischen den beiden Quanten gezielt eingestellt werden. Zudem lässt sich mit der Versuchsanordnung  die Ausbeute an verschränkten Photonen auf mehr als 99 Prozent steigern.

Ein Zustand, der sich wie ein Teilchen verhält

Viele der eigenartigen Phänomene der Quantenwelt lassen sich darauf zurückführen, dass klassische Beschreibungsmodelle nicht mehr anwendbar sind. Ein Quant erinnert in seinem Verhalten einmal eher an ein Teilchen, ein anderes Mal eher an eine Welle. Auch durch  bestimmte Wechselwirkungen erzeugte Zustände können als derartige Quasiteilchen beschreiben werden. Einen solchen Zustand hat die Forschungsgruppe um Rudolf Grimm, ebenfalls am Institut für Experimentalphysik der Uni Innsbruck zustande gebracht. In einer Vakuumkammer erzeugten die Wissenschaftler  ein ultrakaltes Quantengas aus Lithium- und Kaliumatomen. Mittels elektromagnetischer Hochfrequenzpulse lässt sich darin bewirken, dass die Kaliumatome die sie umgebenden Lithiumatome abstoßen – ein Zustand, der sich als Quasiteilchen (als „repulsives Polaron“) beschreiben lässt. Ein durch eine abstoßende Wechselwirkung charakterisiertes Polaron ist dabei zum ersten Mal experimentell realisiert worden.