Physiker verschränken die bisher größte Anzahl von Teilchen - Störungsempfindlichkeit nimmt bei solchen Systemen sprunghaft zu

Innsbruck - Im Jahr 2005 konnten die Forscher um Rainer Blatt von der Universität Innsbruck erstmals acht Teilchen auf quantenmechanischer Ebene kontrolliert miteinander verschränken. Jetzt haben sie ihren Rekord noch verbessert: Es gelang 14 Atome miteinander zu verschränken. Die internen Zustände der Atome bilden dabei je eine Recheneinheit, ein so genanntes Quantenbit. Das Experiment gibt Hinweise darauf, wie sich verschränkte Teilchen in zukünftigen Quantencomputern verhalten.

Die Forscher fingen 14 Kalziumatome in einer Ionenfalle ein und manipulierten sie mit Laserlicht. Dadurch funktionierte das System wie ein Quantenprozessor, in dem es nicht mehr möglich ist, einzelne Teilchen mit definierten Zuständen zu beschreiben. Stattdessen können diese nur noch über das Gesamtsystem definiert werden. Durch die quantenmechanische Verschränkung der Quantenbits könnten Quantencomputer bestimmte Operationen schneller durchführen als heutige Rechner.

Das Team stellte allerdings fest, dass die Störungsempfindlichkeit bei größeren Systemen stärker zunimmt als vermutet, nämlich quadratisch zur Anzahl der Teilchen anstatt linear. Dieses Problem muss berücksichtigt werden, wenn ein funktionierender Quantencomputer entstehen soll. Auch bei der Durchführung von Quantensimulationen und dem Bau von sehr genauen Atomuhren mache es sich bemerkbar, so die Forscher.

Im Labor der Universität Innsbruck ist es möglich, bis zu 64 Teilchen in einer Ionenfalle zu fangen. "Noch können wir diese große Zahl von Ionen nicht verschränken", sagt Experimentalphysik Thomas Maunz. "Die aktuellen Ergebnisse ermöglichen nun aber ein besseres Verständnis über das Verhalten von vielen verschränkten Teilchen."