Wissenschaftler der Universität Basel und des Laboratoire Kastler Brossel in Paris haben erstmals eine bahnbrechende Quantenmessung mit räumlich getrennten verschränkten Atomwolken durchgeführt. Die heute im Fachjournal Science veröffentlichte Forschung zeigt, wie quantenmechanische Verschränkung mehrere physikalische Parameter gleichzeitig mit beispielloser Präzision messen kann.
Das internationale Team unter der Leitung von Prof. Dr. Philipp Treutlein aus Basel und Prof. Dr. Alice Sinatra aus Paris entwickelte einen innovativen Ansatz, der atomare Spins innerhalb einer einzelnen Wolke verschränkt, bevor diese in drei räumlich getrennte, aber quantenverbundene Teile aufgeteilt wird. Diese Technik ermöglicht es Forschern, elektromagnetische Feldvariationen mit deutlich verbesserter Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen unabhängigen atomaren Systemen zu messen.
Der Postdoktorand Yifan Li erklärte, dass niemand zuvor eine solche Quantenmessung mit räumlich getrennten verschränkten Atomwolken durchgeführt hatte und der theoretische Rahmen für solche Messungen bis jetzt unklar geblieben war. Mit nur wenigen Messungen bestimmte das Team Feldverteilungen mit deutlich besserer Präzision als ohne räumliche Verschränkung zu erwarten gewesen wäre.
Die praktischen Anwendungen dieses Durchbruchs sind erheblich. Eine unmittelbare Nutzung liegt bei Atominterferometern, die die Gravitationsbeschleunigung der Erde messen. Mit dem Verschränkungsansatz können Gravimeter nun räumliche Gravitationsvariationen mit höherer Präzision als je zuvor messen. Der Doktorand Lex Joosten merkte an, dass diese Messprotokolle direkt auf bestehende Präzisionsinstrumente wie optische Gitteruhren angewendet werden können.
Diese Errungenschaft stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung Quantensensoren der nächsten Generation dar, die Bereiche von der Navigation bis zur geologischen Erkundung revolutionieren könnten. Die Forschung zeigt, dass das Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon, lange als philosophische Kuriosität betrachtet, nun konkrete praktische Anwendungen in der Metrologie hat.
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