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 Flashmob der Moleküle
19.01.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Verkehrsstau im Nichts
19.01.2017 | Universität Konstanz

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: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise