Forscher "sprechen" via Schall mit Atomen

Experten der Technischen Hochschule Chalmers (CTH) http://chalmers.se haben über Schall mit künstlichen Atomen kommuniziert. Bislang war solch eine Interaktion nur über Licht möglich. Die am Projekt beteiligten Forscher, die sich aus theoretischen und experimentellen Physikern zusammensetzen, sprechen von einem „Durchbruch mit Zukunftspotenzial“ – von neuen Möglichkeiten in der Quantenphysik bis hin zur Entwicklung superschneller Computer.

„Tür zur Quantenwelt“

„Wir haben eine vollkommen neue Tür zur Quantenwelt aufgestoßen“, erklärt Per Delsing, Leiter der Experimentalphysikergruppe des Projekts. „Wir können nun mit Atomen sprechen und ihnen zuhören.“ Als Kommunikationskanal sei dabei weltweit zum ersten Mal erfolgreich Schall anstelle von Licht eingesetzt worden.

„Da sich Schallwellen wesentlich langsamer fortbewegen als Licht, tun sich nun völlig neue Möglichkeiten für uns auf, um die verschiedenen Quantenphänomene kontrollieren zu können. Unser längerfristiges Ziel ist es, die quantenphysikalischen Kräfte anzuzapfen, um davon zu profitieren – zum Beispiel für die Entwicklung extrem schneller Computer“, so Desling.

Winzige Quantenpartikel

Wenn es um die Interaktion zwischen Atomen und Licht geht, hat die Forschung im Bereich der Quantenphysik im Laufe der vergangenen Jahre bereits große Fortschritte gemacht. Sobald dieselbe Interaktion über Schallwellen erfolgen soll, wird die Herausforderung für die Wissenschaft aber sofort ungleich größer.

„Der theoretischen Grundannahme folgend, wird der Schall von Atomen in winzige Quantenpartikel zerlegt. Solch ein Partikel entspricht dem kleinsten physikalisch möglichen Laut, den man überhaupt aufspüren kann“, erläutert Martin Gustafsson eine der zentralen Schwierigkeiten im Umgang mit dem neuen Ansatz.

Dieser hat aber auch eindeutige Vorteile. „Da Schall sich deutlich langsamer ausbreitet als Licht, haben wir mehr Zeit zur Verfügung, die Quantenpartikel zu beeinflussen, während sie sich auf ihrer Reise befinden“, betont Gustafsson. „Bei Licht, das sich rund 100.000 Mal schneller bewegt als Schall, haben wir diese Möglichkeiten nicht zur Verfügung“, so der Forscher.

Extrem hohe Frequenzen

Für ihre Experimente griffen die CTH-Physiker auf eine Frequenz von 4,8 Gigahertz zurück. „Das ist in etwa mit der Mikrowellenfrequenz moderner WLAN-Netze vergleichbar“, meint Gustafsson. Auf musikalische Kriterien hin umgemünzt entspricht das in etwa einer Note, die rund 20 Mal höher klingt als der höchste mögliche Ton eines Klavierflügels.

„Bei derart hohen Frequenzen wird die Wellenlänge des Schalls so kurz, dass dieser über die Oberfläche eines Mikrochips geleitet werden kann“, schildern die Forscher die Erkenntnisse aus ihren Labortests. Ob und wann sich mithilfe dieser Methode superschnelle Quantenrechner bauen lassen, ist bislang aber noch völlig unklar.