Durchbruch für den Quantensimulator – Ultrakalte Atome mit starker Wandlungsfähigkeit

Ihre Ergebnisse präsentieren die Theoretischen Physiker um Hendrik Weimer und Hans Peter Büchler aus Stuttgart sowie Peter Zoller aus Innsbruck in der Fachzeitschrift Nature Physics.

Einer internationalen Forschungsgruppe der Universitäten Stuttgart, Innsbruck und Nottingham ist es erstmals gelungen, einen Quantensimulator zu beschreiben, der mit heutiger Technik realisierbar ist. Ihre Ergebnisse präsentieren die Theoretischen Physiker um Hendrik Weimer und Hans Peter Büchler aus Stuttgart sowie Peter Zoller aus Innsbruck in der Fachzeitschrift Nature Physics [1].

Die Arbeit geht zurück auf eine berühmte Idee des Nobelpreisträgers Richard Feynman. Er erkannte, dass herkömmliche Computer mangels Rechenleistung niemals in der Lage sein werden, das Verhalten von komplexen Quantensystemen zu berechnen. So braucht die Beschreibung eines beliebigen Zustandes von 300 Teilchen mit einem quantenmechanischen Spin auf einem Computer bereits mehrSpeicherplatz als selbst bei Verarbeitung aller Materie im sichtbaren Universum zu Speichermedien verfügbar wäre. Feynman schlug daher vor, ein anderes Quantensystem als Quantensimulator zu verwenden. Damit dieser Ansatz funktioniert, müssen die einzelnen Bauelemente des Quantensimulators genau kontrolliert werden, um das Verhalten des zu simulierenden Systems nachzubilden.

Den Wissenschaftlern unter der Leitung von Hans Peter Büchler und Peter Zoller ist es nun gelungen zu zeigen, dass diese Kontrolle mit ultrakalten Atomen in einem hochangeregten Rydberg-Zustand möglich ist. Dabei nutzten sie die starken Wechselwirkungen zwischen benachbarten Rydberg-Atomen, um die gewünschten Eigenschaften des Quantensimulators herzustellen. „Dieses Verfahren bringt uns dem Traum eines universellen Quantensimulators, der das Verhalten jedes beliebigen Quantensystems beschreiben kann, einen großen Schritt näher“, so Büchler über die Wandlungsfähigkeit der Rydberg-Atome.

Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler zeigen, dass sich die Methode für ein neuartiges Kühlverfahren eignet. Damit können exotische Materiezustände erzeugt werden, wie beispielsweise Spin-Flüssigkeiten, die selbst bei extrem niedrigen Temperaturen keine magnetische Ordnung zeigen. Von dem Studium solcher Systeme erhoffen sich Physiker neue Erkenntnisse über quantenmechanische Vielteilchen-Systeme, die Anwendungen in der Festkörperphysik finden können.

Die Arbeit entstand im Rahmen des transregionalen Sonderforschungsbereichs SFB/TRR 21 (Control of quantum correlations in tailored matter) und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem österreichischen Wissenschaftsfonds FWF unterstützt.

[1] Hendrik Weimer, Markus Müller, Igor Lesanovsky, Peter Zoller, Hans
Peter Büchler. A Rydberg Quantum Simulator, Nature Physics,
doi:10.1038/NPHYS1614 (2010)
Weitere Informationen bei
Prof. Hans Peter Büchler, Institut fürTheoretische Physik III, Tel. 0711/685-65201, e-mail: buechler@theo3.physik.uni-stuttgart.de

Media Contact

Ursula Zitzler idw

Weitere Informationen:

http://www.uni-stuttgart.de

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie

Von grundlegenden Gesetzen der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen, den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie über Felder in Raum und Zeit bis hin zur Struktur von Raum und Zeit selbst.

Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Astrophysik, Lasertechnologie, Kernphysik, Quantenphysik, Nanotechnologie, Teilchenphysik, Festkörperphysik, Mars, Venus, und Hubble.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreib Kommentar

Neueste Beiträge

Miteinander im Wasser leben

Internationales Genom-Projekt zu aquatischen Arten in Symbiose startet Nicht nur an Land auch unter Wasser gibt es Organismen, die in Symbiose, einer sehr speziellen Partnerschaft leben, wo der eine auf…

Der Ring um das Schwarze Loch in M 87* funkelt

2019 veröffentlichte die Event Horizon Telescope Kollaboration das erste Bild eines Schwarzen Lochs und enthüllte damit M 87* – das supermassereiche Objekt im Zentrum der Galaxie Messier 87. Das EHT-Team…

Überflutungs-Risiken: Genauere Daten dank Covid-19

Momentan entwickelte GPS-Verfahren erlauben es, Höhenänderungen der Erdoberfläche regelmäßig zu messen. Eine Studie der Universität Bonn belegt nun, dass sich während der Pandemie die Qualität der Messdaten zumindest an manchen…

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close