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Wissenschaft

Quantensystem steuern wie einen Roboter

(c) imago images/Panthermedia (Lightpoet via www.imago-images.de)
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Mit Regelungstechnik zur optimalen Kontrolle.

Um die fragilen Quantenphänomene zu studieren, verwendet man normalerweise nur eine kleine Zahl von Teilchen – und zwar gut abgeschirmt von der Umwelt, bei möglichst niedrigen Temperaturen. Nun aber fanden Wiener Forscher heraus, wie sie ein winzig kleines Glaskügelchen – bestehend aus ungefähr einer Milliarde Atome – mit bisher unerreichter Präzision vermessen und auf Quantenebene kontrollieren können. Das Fachmagazin Nature widmet dieser Arbeit die Titelseite.

Mehr Präzision geht nicht

Schon im Vorjahr konnte der Experimentalphysiker Markus Aspelmeyer (Uni Wien, ÖAW) ein Kügelchen – das etwa tausendmal kleiner als ein Sandkorn ist – in den quantenmechanischen Grundzustand versetzen. Es wird dazu im Hochvakuum von einem stark fokussierten Laserstrahl in Schwebe gehalten und gleichzeitig vom Laserlicht so weit abgekühlt, dass es sich wie ein Quantenteilchen verhält. Seine Oberfläche ist auf 300 Grad Celsius aufgeheizt, doch seine Bewegungsenergie ist annähernd äquivalent zum absoluten Nullpunkt – und damit so reduziert, dass sie nicht mehr durch die Gesetze der klassischen Physik beschrieben werden kann.
Seither arbeitet Aspelmeyer daran, diese, wie er es nennt, „coole Toolbox“ zu verbessern. Ein wichtiger Schritt dazu ist durch die Zusammenarbeit mit Andreas Kugi (TU Wien) gelungen. Die Forscher beeinflussen durch die Verbindung von Mikroskopie und Regelungstechnik, die sonst zur Steuerung von Roboterarmen und Hochöfen genutzt wird, die Bewegung des Glaskügelchens. Die Methode erreicht dabei beinahe das Limit, das von der Heisenbergschen Unschärferelation vorgegeben wird – mehr Präzision lässt die Physik grundsätzlich nicht zu.