Quantencomputer sollen in einigen Jahrzehnten die Rechenleistung herkömmlicher Computer um das Millionenfache übertreffen. Doch ehe es soweit ist, müssen noch viele grundlegende Probleme gelöst werden. Einem Team um Gerhard Rempe vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching ist es jetzt gelungen, einem einzelnen Rubidium-Atom seine Bewegungsenergie zu entziehen und es somit auf eine Temperatur nahe am absoluten Nullpunkt abzukühlen. Die Physiker stellen ihr Experiment im Fachmagazin Nature (Bd. 428, S. 50) vor.
In Quantencomputern soll die Information in den Quantenzuständen von Atomen gespeichert werden. Diese Quantenzustände sind ? vereinfacht ausgedrückt ? die Eigenschaften des Atoms, wie beispielsweise die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten seiner Elektronen.
Durch Wechselwirkungen mit der Umgebung werden die Quantenzustände verändert. Bei Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt bei minus 273 Grad Celsius werden solche Umgebungseinflüsse minimiert. Das ist der Grund, weswegen Atome, die Quanteninformationen speichern sollen, abgekühlt werden müssen.
Die Garchinger Physiker haben das Rubidium-Atom zunächst in einen optischen Resonator gesperrt. Ein solcher Resonator besteht aus zwei hochreflektierenden ? d.h. beinahe ohne Lichtverlust reflektierenden ? Spiegeln, zwischen denen ein Laserstrahl hin und her gespiegelt wird. Dieser Laserstrahl bildet zwischen den Spiegeln eine stehende Welle aus, von der das Rubidium-Atom “festgehalten” wird.
Durch Einsatz eines zweiten Lasers konnten die Forscher Energie vom Atom auf die Photonen übertragen. Dem Atom wurde somit Bewegungsenergie entzogen, was einer Abkühlung entspricht. Ein Vorteil dieses neuen Kühlverfahrens ist, dass es Quanteninformation, die bereits im Atom gespeichert ist, nicht zerstört.
Axel Tillemans
