Menü
Peiner Allgemeine | Ihre Zeitung aus Peine
Anmelden
Wissen Quantenphysik: Forscher lassen Katzen fliegen
Nachrichten Wissen Quantenphysik: Forscher lassen Katzen fliegen
Partner im Redaktionsnetzwerk Deutschland
18:03 18.01.2019
Ein Atom wird im Resonator zwischen zwei Spiegeln gefangen (links). Ein reflektierter Lichtpuls ist mit dem Atom verschränkt und kann als überlagerter Katzenzustand frei fliegen (rechts). Quelle: Bastian Hacker, Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ)
München

Schrödingers Katze hatte 1935 ihren großen Auftritt: In einem Gedankenexperiment formulierte Erwin Schrödinger die widersprüchlichen Eigenschaften der Quantenphysik anhand einer Katze, die gleichzeitig tot und lebendig ist. Professor Gerhard Rempe, Direktor der Abteilung Quantendynamik am Max-Planck-Institut für Quantenoptik, hat dieses Experiment nun gemeinsam mit seinem Team visualisiert.

Bei diesem Experiment wird die Katze durch Lichtimpulse dargestellt. Das soll helfen, Lichtzustände besser kontrollieren und sie zukünftig für die Quantenkommunikation nutzen zu können, erklärt das Institut in der Pressemitteilung. „Nach Erwin Schrödingers Idee kann ein mikroskopisches Teilchen, wie zum Beispiel ein Atom, sich gleichzeitig in zwei unterschiedlichen Zuständen befinden. Man spricht dann von Überlagerung. Wenn es zudem mit einem makroskopischen Objekt verschränkt wird, kann es seine Überlagerung auch an dieses weitergeben“, erklärt Rempe.

Daraus ergebe sich das Beispiel von einer Katze, die in Abhängigkeit vom Zerfall eines radioaktiven Atoms zugleich lebendig und tot sein könne. „Eine Vorstellung, die jeglicher Alltagserfahrung widerspricht“, sagt der Professor.

Wissenschaftler waren zunächst skeptisch

Die erforderliche Technik, die für die Visualisierung des philosophischen Gedankenexperiments Schrödingers nötig ist, entwickelte das Team um Rempe in den letzten Jahren. Ob sich damit tatsächlich besagte quantenmechanisch überlagerte „Katzenzustände“ herstellen und nachweisen lassen, konnten die Wissenschaftler zunächst selbst nicht so recht glauben. Doch es gelang. Nachdem die Forscher alle optischen Verluste in der Messapparatur reduzierten, konnten schließlich alle Vorhersagen Schrödingers bestätigt werden.

Die Ausstattung des Labors hat es in sich: Eine Vakuumkammer, ein Laser mit dem die Forscher ein einzelnes Atom isolieren können und ein optischer Resonator – Das Herzstück des Experiments. Dieser besteht aus zwei Spiegeln, die von einem 0,5 Millimeter breiten Spalt getrennt werden. Durch eine Reflexion am diesem Resonator tritt das Laserlicht mit einem darin gefangenen Atom in Wechselwirkung und übernimmt dessen Überlagerungseigenschaften.

Dadurch entsteht zunächst ein verschränkter Zustand zwischen dem Atom und dem davonfliegenden Lichtimpuls. Eine bestimmte Messung am Atom bringt den Lichtimpuls dann aber in einen überlagerten Zustand, in dem auch Schrödingers Katze war.

Fliegende Katzen als Informationsüberbringer

„Es ist uns gelungen, fliegende optische Katzenzustände herzustellen und zu zeigen, dass sie den Vorhersagen der Quantenmechanik entsprechen. Wir konnten somit beweisen, dass unsere Methode funktioniert und weiterhin untersuchen, welche Parameter entscheidend sind“, fasst der Doktorand Stephan Welte zusammen. Mit diesem Experiment könne nicht nur ein bestimmter Katzenzustand hergestellt werden, sondern beliebig viele in unterschiedlichen Zuständen, „also quasi einen ganzen Zoo“, ergänzt Doktorand Bastian Hacker.

Im Gegensatz zu Schrödingers Katze, die in einer Kiste eingesperrt war, fliegen die visualisierten Zustände frei herum. „Trotzdem bleiben sie von ihrer Umgebung isoliert und können somit über weite Distanzen aufrecht erhalten bleiben. In Zukunft möchten wir mit dieser Technologie ganze Quantennetzwerke aufbauen, bei der fliegende optische Katzen Information übertragen“, sagt Rempe.

Weiterlesen:
So simulieren Forscher in Hannover Schwerelosigkeit

Von RND/lml

Für Eltern ist es eine Schreckensvision: Das Kind wird – auf dem Weg zur Schule oder in den Sportverein – Opfer eines Übergriffs. Vielen Eltern stellt sich die Frage: Wie bereite ich mein Kind darauf vor, wenn es von einem Fremden angesprochen wird?

18.01.2019

Wenn die Schutzimpfung gegen HP-Viren nicht mehr hilft: Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums entwickeln derzeit einen Impfstoff, der bereits ausgebrochenen Gebärmutterhalskrebs bekämpfen soll. Das könnte auch für Männer von Bedeutung sein.

18.01.2019

Der Ringplanet Saturn ist viele Milliarden Jahre alt. Nasa-Forscher gehen jetzt davon aus, dass der Planet aber nicht immer so aussah. Demzufolge hat Saturn seine Ringe frühestens vor 100 Millionen Jahren entwickelt – und sie bleiben nur vorübergehend.

18.01.2019