Die Unterscheidung zwischen der gewöhnlichen Welt und dem Quantenbereich bleibt unklar. Wenn das Volumen eines Objekts zunimmt, nimmt seine Lokalität zu, da seine Bewegung auf den absoluten Nullpunkt abkühlt und Quantentransformationen stattfinden. Forscher um Oriol Romero-Isart vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und dem Institut für Theoretische Physik der Universität Innsbruck haben ein experimentelles Schema vorgeschlagen.

In diesem Experiment entwickeln sich optisch schwebende Nanopartikel nach dem Abkühlen in ihren Grundzustand in einem nichtoptischen („dunklen“) Potential, das durch elektrostatische oder magnetische Kräfte erzeugt wird. Diese Entwicklung des Dunkelpotentials verspricht, schnell und zuverlässig makroskopische Quantenüberlagerungszustände zu erzeugen.

Eine nanometergroße Glasperle entwickelt sich in der durch elektrostatische oder magnetische Kraft erzeugten potentiellen Energie und geht in einen makroskopischen Quantenüberlagerungszustand über. Quelle: Helene Hainzer

Laser können nanometergroße Glaskugeln auf ihren Grundbewegungszustand abkühlen. Wenn man eine solche Glaskugel allein existieren lässt, erwärmt sie sich schnell und verlässt den Quantenzustand unter dem Beschuss von Luftmolekülen und der Streuung des einfallenden Lichts, wodurch die Quantenkontrolle eingeschränkt wird. Um dies zu vermeiden, schlagen die Forscher vor, die Glaskugel im Dunkeln, bei ausgeschaltetem Licht und nur durch ungleichmäßige elektrostatische oder magnetische Kräfte entwickeln zu lassen. Diese Entwicklungsgeschwindigkeit ist nicht nur schnell genug, um die Erwärmung verirrter Gasmoleküle zu verhindern, sondern entkoppelt auch extreme Lokalisierungen und charakterisiert eindeutige Quantensignaturen.

In einem kürzlich in Physical Review Letters veröffentlichten Artikel wird auch erörtert, wie dieser Vorschlag die praktischen Herausforderungen solcher Experimente umgeht. Zu diesen Herausforderungen gehören die Notwendigkeit schneller Versuchsläufe, der minimale Einsatz von Lasern zur Vermeidung von Dekohärenz und die Möglichkeit, Versuchsläufe mit demselben Teilchen schnell zu wiederholen. Diese Überlegungen sind von entscheidender Bedeutung, um die Auswirkungen von niederfrequentem Rauschen und anderen Systemfehlern abzuschwächen.

Dieser Vorschlag wurde ausführlich mit experimentellen Partnern bei Q-Xtreme diskutiert, einem vom ERC kofinanzierten Projekt, das von der Europäischen Union finanziert wird.

Das theoretische Team von Oriol-Romero-Isat sagte: „Die von uns vorgeschlagene Methode steht im Einklang mit den aktuellen Entwicklungen in ihrem Labor, und sie sollten bald in der Lage sein, unser Protokoll mit heißen Teilchen in einem klassischen System zu testen, was bei der Messung und Minimierung von Rauschquellen bei ausgeschaltetem Laser sehr hilfreich sein wird. Wir glauben, dass das endgültige Quantenexperiment zwar zwangsläufig eine Herausforderung sein wird, aber machbar sein sollte, da es alle notwendigen Kriterien für die Herstellung dieser makroskopischen Quantenüberlagerungszustände erfüllt.“

Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily