Riesiger Durchbruch: Physiker 'verschränken' einzelne Moleküle mit verblüffender Präzision
Physiker haben erfolgreich Paare von ultrakalten Molekülen mithilfe präziser optischer 'Pinzettenfallen' verschränkt und legen damit den Grundstein für Fortschritte in der Quantencomputertechnologie.
Verschränkung von Molekülen mit Präzision
Physiker haben eine bemerkenswerte Leistung erbracht, indem sie erstmals Paare von ultrakalten Molekülen erfolgreich verschränkt haben. Dieser Durchbruch wurde durch den Einsatz von mikroskopisch präzisen optischen 'Pinzettenfallen' ermöglicht. Das Verschränken von Molekülen auf diese Weise ist ein bedeutender Schritt hin zur Nutzung der Quantenverschränkung für praktische Anwendungen, wie beispielsweise der Entwicklung kommerzieller Quantencomputer.
Quantenverschränkung ist ein grundlegendes Phänomen, das in der Quantenwelt auftritt. Es ermöglicht eine intime Verbindung zwischen Objekten, auch wenn diese räumlich voneinander getrennt sind. Durch die Messung einer Eigenschaft eines verschränkten Objekts, wie beispielsweise seiner Spin-Ausrichtung, Position oder Impuls, kann sofort der Zustand des anderen Objekts bestimmt werden. Dieses Phänomen birgt ein enormes Potenzial für Fortschritte in der Technologie.
Herausforderungen bei der Kontrolle von Molekülen
Die präzise Kontrolle und Manipulation von einzelnen Molekülen ist eine schwierige Aufgabe. Moleküle sind von Natur aus komplex und reagieren leicht mit ihrer Umgebung, was zu Dekohärenz führt und die Quantenverschränkung stört. Darüber hinaus erschweren Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, bei denen ein positives Ende eines Moleküls vom negativen Ende eines anderen Moleküls angezogen wird, den Prozess zusätzlich.
Diese Herausforderungen bieten jedoch auch Chancen. Moleküle bieten neue Möglichkeiten für die Berechnung und können vielversprechende Kandidaten für Qubits in der Quantencomputertechnologie sein. Die langanhaltenden molekularen Rotationszustände machen sie zu robusten Qubits, während die langreichweitige dipolare Wechselwirkung zwischen Molekülen die Quantenverschränkung ermöglicht.
Präzise Manipulation einzelner Moleküle
Bei dem jüngsten Durchbruch erzeugten beide Teams ultrakalte Calciummonofluorid (CaF)-Moleküle und fingen sie mit optischen Pinzettenfallen ein, die eng fokussierte Laserstrahlen verwenden. Durch die Platzierung der Moleküle paarweise in unmittelbarer Nähe konnte die langreichweitige elektrische dipolare Wechselwirkung zwischen ihnen wahrgenommen werden.
Diese sorgfältige Positionierung führte dazu, dass die Moleküle in einem quantenmechanischen Zustand miteinander verschränkt wurden und ihre ursprüngliche Trennung überwunden wurde. Diese Methode zur präzisen Manipulation einzelner Moleküle eröffnet neue Möglichkeiten für die Quantentechnologie und könnte möglicherweise zur Entwicklung hochsensibler Quantensensoren verwendet werden, die ultra-schwache elektrische Felder erkennen können.
