Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität von Michigan in den USA hat ein einzelnes Atom mit einem Lichtteilchen (Photon) quantenmechanisch gekoppelt. Auf diese Weise könnte in Zukunft die in dem Quantenzustand des Atoms gespeicherte Information mittels eines Photons zu einem anderen Atom weitergeleitet werden. Diese Atome würden dann die Speicherelemente eines Quantencomputers darstellen, und das Photon gewissermaßen den Datenbus. Darüber berichtet das Fachmagazin Nature (Bd. 428, S. 153).
Wenn zwei Quantenobjekte wie etwa Atome oder Photonen miteinander gekoppelt werden ? in der Fachwelt spricht man von quantenmechanischer Verschränkung ? so teilen sie gewissermaßen die gleiche, in ihnen codierte Information. Wenn der Zustand des einen Partners von einem Detektor ausgelesen wird, so wird der Zustand des anderen dadurch schlagartig festgelegt ? selbst wenn die beiden Einheiten weit voneinander entfernt sind. Das Geheimnisvolle an dieser Verschränkung besteht nun darin, dass der Quantenzustand des ausgelesenen Objekts erst im Augenblick des Zugriffs festgelegt wird ? vorher befand sich der Verbund in einem nicht definierten Schwebezustand.
Chris Monroe und seine Kollegen haben nun erstmals einen derartigen Verbund aus einem Atom und einem Photon hergestellt. Bislang wurde Quantenverschränkung nur jeweils zwischen zwei Atomen oder zwei Photonen beobachtet, niemals jedoch in einer Mischung dieser beiden Grundeinheiten. In dem Experiment wurde dabei der Quantenzustand des Spins eines Cadmiumatoms auf ein Photon übertragen.
Dies gelang durch die Bestrahlung des in einer elektromagnetischen Falle festgehaltenen Atoms mittels eines Laserstrahls. Dadurch wurde das Atom zur Aussendung des quantenverschränkten Photons angeregt, welches daraufhin mittels eines Detektors ausgelesen werden konnte.
Monroe glaubt, sein Konzept könne möglicherweise irgendwann zur Übertragung von in quantenmechanischen Zuständen codierten Informationen zwischen verschiedenen Atomen eingesetzt werden. Bevor diese Vision Wirklichkeit werden kann, muss allerdings erst noch in weiteren Experimenten geklärt werden, ob das ausgesendete Photon mit einem weiteren Atom gekoppelt werden kann, ohne dass die ursprüngliche Verschränkung zusammenbricht.
Stefan Maier
