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Geschüttelt, nicht gerührt

Kontrolle über komplexe Systeme vieler Quantenteilchen

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Ramsey-Sequenz auf ganzes Bose-Einstein-Kondensat übertragen

„Nachdem wir das Kondensat mit dem ersten Puls geschüttelt haben, vollführt es zwei verschiedene Vibrationsbewegungen gleichzeitig“, sagt van Frank. „Nach einer bestimmten Zeit schütteln wir das Kondensat dann ein zweites Mal, und zwar so, dass die beiden überlagerten Vibrationsbewegungen wieder auf eine einzelne Bewegung vereint werden.“ Welche der beiden erlaubten Schwingungen dabei herauskommt hängt von der Zeitspanne zwischen den beiden Pulsen und der quantenmechanischen Phase der Überlagerung ab. Eine solche Pulsfolge ist als Ramsey-Sequenz bekannt und wird in vielen Bereichen für Präzisionsmessungen verwendet. Hier ist es nun gelungen, diese Technik auf ein ganzes Bose-Einstein-Kondensat mit all seinen Vielteilchenzuständen zu übertragen.

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Quantenzustände können beispielsweise Informationen speichern

Um das System kontrollieren zu können war es entscheidend, genau die richtige Art von Puls zu finden, mit dem das Kondensat geschüttelt werden muss. Der Puls soll einen Übergang zwischen den beiden Vibrationszuständen ermöglichen, die man überlagern will. Alle weiteren möglichen Quantenzustände sollten allerdings keine Rolle spielen. Dieses Ausschließen aller weiteren Zustände stellte sich als ganz besonders wichtig heraus, um den unerwünschten Dekohärenz-Effekt im Zaum zu halten.

„Unser Resultat beweist, dass man für Quanten-Experimente auch Vibrations-Zustände hunderter Atome verwenden kann“, erklärt Schmiedmayer. Man kann diese Quantenzustände verwenden um Information zu speichern, und eines Tages vielleicht sogar um gezielt Berechnungen durchzuführen. Die bemerkenswerte Stabilität dieser Zustände erlaubt auch neue Erkenntnisse über das Dekohärenz-Verhalten großer Systeme, die aus vielen Teilchen bestehen – ein Gebiet, auf dem es noch viel zu forschen gibt. Als nächsten Schritt sollen nun nicht nur Vibrationen sondern auch Rotationen des Bose-Einstein-Kondensats untersucht werden. In der Quanten-Welt ist nämlich beides gleichzeitig möglich: Geschüttelt und gerührt.

Originalpublikation: S. van Frank, A. Negretti, T. Berrada, R. Bücker, S. Montangero, J.-F. Schaff, T. Schumm, T. Calarco & J. Schmiedmayer: Interferometry with non-classical motional states of a Bose–Einstein condensate; Nature Communications 5, Article number: 4009, doi:10.1038/ncomms5009, Received 13 January 2014, Accepted 29 April 2014, Published 30 May 2014; http://www.nature.com/ncomms/2014/140530/ncomms5009/full/ncomms5009.html

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