Der Fluss der Zeit kann mit Hilfe von Atomuhren sehr genau gemessen werden. Doch für viele Anwendungen und Grundlagenexperimente suchen Wissenschaftler nach immer neuen Möglichkeiten, atomare Schwingungsfrequenzen noch präziser zu bestimmen. Experimentalphysiker der Universität Innsbruck haben nun ein Experiment durchgeführt, in dem quantenmechanisch verschränkte Atome für genauere Zeitmessungen verwendet werden. Darüber berichten sie in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature.
Die Innsbrucker Experimentalphysiker um Professor Rainer Blatt und um Christian Roos arbeiten seit Jahren sehr erfolgreich an den Grundlagen eines zukünftigen Quantencomputers. Erst im Vorjahr gelang den Forschern die Erzeugung des weltweit ersten ‚Quantenbytes’. Diese Erkenntnisse werden nicht nur die Zukunft der Informationsverarbeitung revolutionieren, der Einsatz von Quantenlogik verspricht auch Anwendungen für den Bau neuer Atomuhren.
Schon jetzt wird die Zeit in Atomuhren über die Schwingungsfrequenz von einzelnen Atomen bestimmt. Die Genauigkeit dieser Uhren ist durch äußere Störungseinflüsse wie elektrische Felder begrenzt. Roos und Blatt haben nun ein System aus zwei verschränkten Kalzium-Ionen (40Ca+) entwickelt, das die Störanfälligkeit einzelner Atome umgeht. Sie nutzten dabei ihre Erfahrungen aus der Entwicklung von Quantencomputern.
„In Systemen aus zwei oder mehr verschränkten Teilchen lassen sich Klassen von Zuständen finden, die unempfindlich gegen bestimmte Arten von Störungen sind“, erklärt Roos. „Diese so genannten dekohärenzfreien Unterräume sind wichtig für den Bau von Quantencomputern, müssen dort doch die empfindlichen Quantenzustände vor schädlichen Einflüssen aus der Umgebung geschützt werden. Diese dekohärenzfreien Sphären nutzen wir nun auch für unsere Messungen der Zeit.“
