ETH-Forscher stellen Quantenzustand ohne Kühlzustand her
Forschende der ETH Zürich versetzen ein Nano-Objekt in einen nahezu reinen Quantenzustand – bei Raumtemperatur.
Forschenden der ETH Zürich ist es gelungen, ein Nano-Objekt mit Hunderten Millionen Atomen bei Raumtemperatur in einen nahezu reinen Quantenzustand zu versetzen. Dies gelang ihnen ohne sogar Kühlung. Das Verfahren birgt Potenzial für neue Technologien.
Viele künftige Anwendungen der Quantentechnologie setzen voraus, dass sich nicht nur einzelne Atome, sondern auch sehr viel grössere Teilchen quantenmechanisch kontrollieren lassen, wie es im Newsletter der ETH-Zürich vom Mittwoch hiess. Die Studie entstand in Kooperation mit internationalen Partnern.
Den Forschenden der ETH Zürich gelang es mithilfe einer optischen Apparatur und Laserstrahlen, solche Nano-Objekte beinahe komplett still in Schwebe zu halten. Dies dank einer Art optischer Pinzette, die das Objekt in einem Vakuum stabilisierte.
Neue Möglichkeiten für Grundlagenforschung und Sensortechnologie
Die Technologie könnte künftig in Quantensensoren oder der Grundlagenforschung zur Gravitation Anwendung finden.
In ihrem Schwebe-Experiment konnten die Forschenden um Martin Frimmer, Titularprofessor für Photonik, die auf die Glaskügelchen wirkende Schwerkraft ausschalten. Dennoch zitterte das längliche Nano-Objekt ähnlich wie die Nadel eines sich einpendelnden Kompasses.
Im Fall des Nano-Gebildes war es ein sehr schnelles, aber schwaches Zittern: Das Objekt machte etwa eine Million Mal pro Sekunde Auslenkungen von wenigen Tausendsteln Grad. Bei dieser winzigen Drehschwingung handle es sich um eine fundamentale quantenphysikalische Bewegung aller Objekte, die Physikerinnen als Nullpunktsfluktuation bezeichnen.
Bislang sei es denn auch für ein Objekt dieser Grösse noch niemandem gelungen, diese winzigen Bewegungen so genau zu erkennen, wie nun den ETH-Forschenden. Sie schafften dies, weil sie alle Bewegungen, die aus dem Bereich der klassischen Physik stammen und den Blick auf die Quantenbewegungen verdecken, weitestgehend ausschalten konnten.
Quantentechnologie bei Raumtemperatur
Den Forschenden gelang dies alles bei Raumtemperatur – ein neuer Rekord. Normalerweise müssen Quantenwissenschaftler ihre Objekte dazu mit speziellen Anlagen auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt von minus 273 Grad Celsius kühlen.
In ferner Zukunft könnten Quantensensoren auch in der medizinischen Bildgebung zum Einsatz kommen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit wären Bewegungssensoren. Sie könnten die Fahrzeugnavigation ermöglichen, auch wenn kein Kontakt zu einem GPS-Satelliten vorhanden ist.
