Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Supraleitung: Symmetrie macht den Unterschied

17.07.2008
Forscher der Arbeitsgruppe von Prof. Rudolf Gross am Walther-Meißner-Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften haben erstmals die Symmetrie in künstlichen Festkörperatomen gezielt gebrochen. Das Verfahren eröffnet neue Möglichkeiten bei der Realisierung von Quantenschaltkreisen.

Supraleitende Schaltkreise mit lateralen Abmessungen im Bereich von 100 nm bis einigen Mikrometern verhalten sich trotz ihrer im Vergleich zu natürlichen Atomen riesigen Abmessungen in vielerlei Hinsicht wie "künstliche Atome". Sie besitzen eine diskrete Niveaustruktur und können im einfachsten Fall als quantenmechanische Zweiniveausysteme betrachtet werden, die man auch als "Quantenbits" oder kurz als "Qubits" bezeichnet.

Solche Qubits werden im Rahmen des Exzellenzclusters "Nanosystems Initiative Munich (NIM)" und des Sonderforschungsbereichs 631 der Deutschen Forschungsgemeinschaft intensiv untersucht. Sie bilden nicht nur die Grundbausteine für festkörperbasierte Quanteninformationssysteme, sondern ermöglichen auch Einblicke in die Quantenphysik makroskopischer Systeme.

Im Gegensatz zu natürlichen Atomen können die Eigenschaften der künstlichen Festkörperatome von außen z.B. durch elektrische oder magnetische Felder gezielt kontrolliert und über einen weiten Bereich variiert werden. Diese Steuerbarkeit wurde jetzt von Forschern in der Arbeitsgruppe von Prof. Gross (TU München) am Walther-Meißner-Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften in einer Zusammenarbeit mit den NTT Basic Research Laboratories in Japan und der LMU München dazu benutzt, die Symmetrie für ein "supraleitendes Festkörperatom" gezielt zu brechen.

... mehr zu:
»Atom »Symmetrie

In den faszinierenden Experimenten wurden künstliche supraleitende Atome untersucht, die an die quantisierten Schwingungsmoden eines Mikrowellenresonators gekoppelt sind. Solche Systeme bilden das Pendant zu den in der Quantenoptik intensiv untersuchten gekoppelten Systemen aus natürlichen Atomen und optischen Resonatoren. In Analogie zur optischen Cavity-Quantenelektrodynamik (Cavity-QED) wird deshalb dieses junge und prosperierende Forschungsgebiet als Circuit-QED bezeichnet.

Die jetzt in der Fachzeitschrift "Nature Physics" veröffentlichten Forschungsergebnisse zeigen, dass das Verhalten des gekoppelten Systems aus supraleitendem Qubit und Mikrowellenresonator durch einen Frequenzkonversionsprozess der Mikrowellenphotonen bestimmt wird. Das Auftreten dieses Prozesses hängt von den zugrundeliegenden Symmetrieeigenschaften ab (siehe Abbildung), die durch äußere Kontrollparameter (magnetischer Fluss in unserem Fall) gezielt eingestellt werden können.

Die erzielten Ergebnisse werfen ein neues Licht auf die fundamentalen Symmetrieeigenschaften von Quantenschaltkreisen und deren inhärente nichtlineare Dynamik. Die für künstliche Quantensysteme mögliche steuerbare Symmetriebrechung kann nicht nur für das Studium grundlegender Fragestellungen zur Atom-Licht-Wechselwirkung, sondern auch für zahlreiche Anwendungen ausgenutzt werden. Zu nennen sind hierbei vor allem parametrische Frequenzkonversion, die kontrollierte Erzeugung einzelner Mikrowellenphotonen oder die Erzeugung von gequetschten von Quantenzuständen ("Squeezing").

Publikation:
Two-photon probe of the Jaynes-Cummings model and controlled symmetry breaking in circuit QED
Frank Deppe, Matteo Mariantoni, E. P. Menzel, A. Marx, S. Saito, K. Kakuyanagi, H. Tanaka, T. Meno, K. Semba, H. Takayanagi, E. Solano & R. Gross

Nature Physics, published online: 29 June 2008; | doi:10.1038/nphys1016

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Rudolf Gross
Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften
und Physik-Department, Technische Universität München
Tel.: +49 (0)89 / 289 - 14201
E-Mail: Rudolf.Gross@wmi.badw.de

Dr. Ellen Latzin | idw
Weitere Informationen:
http://www.wmi.badw-muenchen.de/

Weitere Berichte zu: Atom Symmetrie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Lasing am Limit
15.02.2018 | Technische Universität Berlin

nachricht Forschung für die LED-Tapete der Zukunft
15.02.2018 | Universität Bremen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Im Focus: Das VLT der ESO arbeitet erstmals wie ein 16-Meter-Teleskop

Erstes Licht für das ESPRESSO-Instrument mit allen vier Hauptteleskopen

Das ESPRESSO-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile hat zum ersten Mal das kombinierte Licht aller vier 8,2-Meter-Hauptteleskope nutzbar gemacht....

Im Focus: Neuer Quantenspeicher behält Information über Stunden

Information in einem Quantensystem abzuspeichern ist schwer, sie geht meist rasch verloren. An der TU Wien erzielte man nun ultralange Speicherzeiten mit winzigen Diamanten.

Mit Quantenteilchen kann man Information speichern und manipulieren – das ist die Basis für viele vielversprechende Technologien, vom hochsensiblen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Auf der grünen Welle in die Zukunft des Mobilfunks

16.02.2018 | Veranstaltungen

Smart City: Interdisziplinäre Konferenz zu Solarenergie und Architektur

15.02.2018 | Veranstaltungen

Forschung für fruchtbare Böden / BonaRes-Konferenz 2018 versammelt internationale Bodenforscher

15.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

17.02.2018 | Energie und Elektrotechnik

Stammbaum der Tagfalter erstmalig umfassend neu aufgestellt

16.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Strategien zur Behandlung chronischer Nierenleiden kommen aus der Tierwelt

16.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics