Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Meilenstein auf dem Weg zur Erzeugung von quantenmechanisch verschränkten Elektronen

10.10.2012
In der Quantenphysik können zwei Teilchen in sogenannten verschränkten Zuständen auftreten, die zentral in der Quanteninformationsverarbeitung sind.

Die Forschungsgruppe von Professor Christian Schönenberger an der Universität Basel hat nun erstmals gezeigt, dass eine Quelle für verschränkte Elektronen mit grosser Ausbeute möglich ist, was essentiell für weiterführende Experimente ist. Die Resultate wurden kürzlich in der Fachzeitschrift «Physical Review Letters» publiziert.


Quelle für verschränkte Elektronen mit einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) als zentralem Element. Foto: Universität Basel

Unsere Alltagserfahrung lässt uns oft im Stich, wenn es darum geht, quantenphysikalische Phänomene zu verstehen. So nehmen wir gemeinhin zwei räumlich getrennte Teilchen als eigenständige Objekte wahr. In der Quantenmechanik existiert jedoch das Phänomen der Verschränkung, bei dem zwei Teilchen nicht als einzelne Objekte, sondern nur zusammen zu verstehen sind – unabhängig von der Distanz zwischen ihnen.

Natürliche Quelle von verschränkten Elektronen

Schon Albert Einstein hatte erkannt, dass zwei Teilchen auf so mysteriöse Weise über grosse Distanzen verbunden sein können und nannte dies skeptisch «spukhafte Fernwirkung». Seither wurde quantenmechanische Verschränkung mehrfach nachgewiesen, was von grösster Bedeutung für die moderne Physik ist.

Obwohl für Lichtteilchen (Photonen) Verschränkung schon vor einiger Zeit gezeigt wurde, war die Kontrolle darüber minim. Für Elektronen wird die Verschränkung zusätzlich erschwert durch ihre Ladung und der dadurch auftretenden Wechselwirkungen. Den Physikern Jens Schindele und Dr. Andreas Baumgartner in der Forschungsgruppe von Prof. Christian Schönenberger an der Universität Basel ist es nun erstmals gelungen, eine hohe Ausbeute in einem Prozess zu erreichen, der verschränkte Elektronen generiert. Als Quelle diente den Forschern ein Supraleiter, in dem je zwei Elektronen sogenannte Cooper-Paare bilden. Diese sind zum Beispiel für das Verschwinden des elektrischen Widerstandes in Supraleitern verantwortlich. Wichtig hier ist, dass Elektronen in einem Cooper-Paar verschränkt sind und daher eine natürlich Quelle solcher Zustände bildet.

Kontrollierte Paar Aufspaltung möglich

Um nun die Elektronen eines Cooper-Paars räumlich zu trennen, verwendeten die Forscher zwei getrennte Quantenpunkte aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, durch die jeweils ein elektrischer Strom aus dem Supraleiter geleitet wird. Ein Quantenpunkt ist eine nanoelektronische Struktur, die nur ein Elektron auf einmal durchlässt. Da es im Idealfall keine einzelnen Elektronen in einem Supraleiter geben darf, können Elektronen den Supraleiter nur verlassen, wenn ein Cooper-Paar aufbricht und die zwei Elektronen sich trennen. Somit stehen den Wissenschaftlern räumlich getrennte Paare verschränkter Elektronen zur Verfügung. Zudem wird aus dem ursprünglichen Nachteil, dass Elektronen eine elektrische Ladung besitzen, ein Vorteil, indem das Aufbrechen der Cooper-Paare elektrisch kontrolliert werden kann.

Das Prinzip dieser Cooper-Paar Aufspaltung wurde von derselben Forschungsgruppe schon früher gezeigt, jedoch mit sehr geringer Ausbeute. Neu konnte das Verhalten der Elektronen auf den Quantenpunkten untersucht und die resultierenden Ströme verglichen werden. Das Resultat, dass fast alle der austretenden Elektronen aus aufgespaltenen Cooper-Paaren stammen können, ebnet den Weg, verschränkte Elektronen als Fundament einer neuen Art der Informationsverarbeitung zu verwenden, zum Beispiel in einem Quantencomputer.

Originalbeitrag
J. Schindele, A. Baumgartner, and C. Schönenberger
Near-Unity Cooper Pair Splitting Efficiency
Phys. Rev. Lett. 109, 157002 (2012) | doi: 10.1103/PhysRevLett.109.157002
Weitere Auskünfte
Dr. Andreas Baumgartner, Departement Physik der Universität Basel, Tel. +41 61 267 39 06, E-Mail: andreas.baumgartner@unibas.ch

Reto Caluori | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i15/e157002

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Hohlraum vermittelt starke Wechselwirkung zwischen Licht und Materie
21.10.2019 | Universität Basel

nachricht Kompakt, effizient, robust und zuverlässig: FBH-Entwicklungen für den Weltraum
21.10.2019 | Forschungsverbund Berlin e.V.

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: Freiburger Forschenden gelingt die erste Synthese eines kationischen Tetraederclusters in Lösung

Hauptgruppenatome kommen oft in kleinen Clustern vor, die neutral, negativ oder positiv geladen sein können. Das bekannteste neutrale sogenannte Tetraedercluster ist der weiße Phosphor (P4), aber darüber hinaus sind weitere Tetraeder als Substanz isolierbar. Es handelt sich um Moleküle aus vier Atomen, deren räumliche Anordnung einem Tetraeder aus gleichseitigen Dreiecken entspricht. Bisher waren neben mindestens sechs neutralen Versionen wie As4 oder AsP3 eine Vielzahl von negativ geladenen Tetraedern wie In2Sb22– bekannt, jedoch keine kationischen, also positiv geladenen Varianten.

Ein Team um Prof. Dr. Ingo Krossing vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Freiburg ist es gelungen, diese positiv geladenen...

Im Focus: Die schnellste Ameise der Welt - Wüstenflitzer haben kurze Beine, aber eine perfekte Koordination

Silberameisen gelten als schnellste Ameisen der Welt - obwohl ihre Beine verhältnismäßig kurz sind. Daher haben Forschende der Universität Ulm den besonderen Laufstil dieses "Wüstenflitzers" auf einer Ameisen-Rennstrecke ergründet. Veröffentlicht wurde diese Entdeckung jüngst im „Journal of Experimental Biology“.

Sie geht auf Nahrungssuche, wenn andere Siesta halten: Die saharische Silberameise macht vor allem in der Mittagshitze der Sahara und in den Wüsten der...

Im Focus: Fraunhofer FHR zeigt kontaktlose, zerstörungsfreie Qualitätskontrolle von Kunststoffprodukten auf der K 2019

Auf der K 2019, der Weltleitmesse für die Kunststoff- und Kautschukindustrie vom 16.-23. Oktober in Düsseldorf, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR das breite Anwendungsspektrum des von ihm entwickelten Millimeterwellen-Scanners SAMMI® im Kunststoffbereich. Im Rahmen des Messeauftritts führen die Wissenschaftler die vielseitigen Möglichkeiten der Millimeterwellentechnologie zur kontaktlosen, zerstörungsfreien Prüfung von Kunststoffprodukten vor.

Millimeterwellen sind in der Lage, nicht leitende, sogenannte dielektrische Materialien zu durchdringen. Damit eigen sie sich in besonderem Maße zum Einsatz in...

Im Focus: Solving the mystery of quantum light in thin layers

A very special kind of light is emitted by tungsten diselenide layers. The reason for this has been unclear. Now an explanation has been found at TU Wien (Vienna)

It is an exotic phenomenon that nobody was able to explain for years: when energy is supplied to a thin layer of the material tungsten diselenide, it begins to...

Im Focus: Rätsel gelöst: Das Quantenleuchten dünner Schichten

Eine ganz spezielle Art von Licht wird von Wolfram-Diselenid-Schichten ausgesandt. Warum das so ist, war bisher unklar. An der TU Wien wurde nun eine Erklärung gefunden.

Es ist ein merkwürdiges Phänomen, das jahrelang niemand erklären konnte: Wenn man einer dünnen Schicht des Materials Wolfram-Diselenid Energie zuführt, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Digitales-Krankenhaus – wo bleibt der Mensch?

21.10.2019 | Veranstaltungen

VR-/AR-Technologien aus der Nische holen

18.10.2019 | Veranstaltungen

Ein Marktplatz zur digitalen Transformation

18.10.2019 | Veranstaltungen

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

Digitales-Krankenhaus – wo bleibt der Mensch?

21.10.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Das Stromnetz fit für E-Mobilität machen

21.10.2019 | Förderungen Preise

Kompakt, effizient, robust und zuverlässig: FBH-Entwicklungen für den Weltraum

21.10.2019 | Physik Astronomie

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